腦科技突破恢復了ALS患者的説話能力 - 彭博社

凱西·哈雷爾第一次嘗試BCI系統。來源：加州大學戴維斯分校蘋果公司的機器人技術轉型是提升銷售和利用蘋果智能的更廣泛努力的一部分。

攝影師：金娜·穆恩/彭博社去年八月，凱西·哈雷爾説出了他五歲女兒能記得的第一句清晰的話，重述了他對她母親萊瓦娜·薩克森的婚禮誓言。房間裏的成年人都哭了。

這一時刻得益於醫學中最具挑戰性的領域之一的創新浪潮：在事故或疾病切斷聯繫後，將大腦重新連接到身體。雖然埃隆·馬斯克的神經鏈接公司在這個領域獲得了大部分關注和投資者資金，但學術實驗室和競爭初創公司在修復這一斷裂的聯繫方面也取得了顯著進展。

“我現在正在以非常實際的方式使用這個，”46歲的哈雷爾説，他在2019年被診斷為肌萎縮側索硬化症，並在幾年後失去了清晰説話的能力。“這對我來説是真實的生活，”他説，描述他能夠再次用自己的聲音交流的那一天時哽咽。

他的交流能力源於加州大學戴維斯分校的研究人員去年夏天植入他大腦中的256個微小芯片。雖然被稱為腦-計算機接口的技術通常旨在恢復運動，但哈雷爾的言語改善在新英格蘭醫學雜誌中詳細説明了其更廣泛的前景。

初創公司正在關注突破性進展，這些進展揭示了神經系統用來控制嘴唇、下頜、舌頭和喉部的複雜信號，而人工智能的進步使其能夠解碼這些信號以恢復溝通。就像替代缺失肢體的假肢一樣，這個領域對這種設備有自己的術語： 語音神經假體。

最初，“恢復語言的想法似乎是不可實現的，因為語言的複雜性，”加州大學舊金山分校神經外科主任 愛德華·張在一篇伴隨研究的社論中寫道。“在過去十年中，語音神經假體的概念已經從科幻變為現實。”

這仍然是早期階段。這項技術昂貴且笨重，需要哈雷爾在家中使用計算機。它的速度很慢，幫助他以每分鐘33個單詞的速度説話，遠低於自然語言的每分鐘160個單詞。而且長期性能仍然未知：荷蘭研究人員在同一期雜誌中詳細描述了一種類似設備的緩慢退化，該設備被一位因ALS而嚴重癱瘓的女性使用了七年。

神經細胞破壞

哈雷爾在女兒出生不久後得知自己患有ALS，也稱為盧·蓋裏希病。這種疾病破壞大腦和脊髓中的神經細胞，使患者無法控制肌肉。他的自然語言在未經訓練的耳朵聽來像是咕噥或胡言亂語，即使他的思維依然敏鋭。

然而，如今他很容易被理解。他大腦中的電極跟蹤神經元的放電，以預測他想要表達的內容，然後一個使用數字重建的ALS前聲音的語音生成器為他發聲——這讓所有參與者都感到高興。

加州大學戴維斯分校神經假體實驗室的聯合主任神經外科醫生大衞·布蘭德曼和神經科學家謝爾蓋·斯塔維斯基來源：加州大學戴維斯分校這項技術並沒有讓他感覺像個半機械人，而是增強了他的人際關係。朋友們參與到一年前無法進行的對話中。他與妻子的討論比單純的交易更深入。植入物給了他一種正常感。

“像我這樣的人很少能有這樣的感覺，”他説。

電連接

包括Neuralink、Paradromics Inc.、Synchron Inc.和Precision Neuroscience Corp.在內的公司正在開發類似的技術。Neuralink的設備在今年早些時候首次植入到一名癱瘓男子體內，他形容結果為令人震驚。Synchron在幾名患者體內植入了設備，儘管它們的電極數量不如Neuralink的多。

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哈雷爾的電極位於他的 中央前回，這是一個涉及言語的通路，粗略地從耳到耳橫跨大腦頂部。它們是在2023年7月進行的五小時手術中植入的，幾周前他的一個親屬在加州大學戴維斯分校聽説了這項技術，研究人員正在尋找他們的第一位患者。

“一方面，你不想急於進行腦部手術，”哈雷爾在5月的家中採訪中説道。“另一方面，當你患有這種疾病時，你願意接受的風險水平肯定更高。”

哈雷爾使用輪椅，缺乏操控傳統鼠標的運動能力。在手術之前，他使用頭鼠標來輸入文本和電子郵件，而現在他可以藉助該設備進行創作。

“這讓他能夠在想説的時候説出他想説的話，”加州大學戴維斯分校的神經外科醫生大衞·布蘭德曼説道，他植入了該設備。“這是一個不同的層次。”

追蹤運動

隨着俏皮話和觀察的流淌，似乎BCI正在讀取哈雷爾的思想。但根據布蘭德曼和同事神經科學家謝爾蓋·斯塔維斯基的説法，情況並非如此，他們共同管理着加州大學戴維斯分校的神經假體實驗室。

相反，它正在追蹤與他試圖説出的單詞相關的運動嘗試。當大腦試圖激活舌頭、喉部和喉嚨的肌肉時——這些指令在哈雷爾的神經元因ALS而死亡時被阻礙——植入的電極捕捉到這些信息。

信號由四台計算機在他位於奧克蘭的公寓中處理和解碼，研究的主要作者、加州大學戴維斯分校神經外科的博士後學者尼古拉斯·卡德表示，這個設備在未來可能會縮小。

博士後學者及研究主要作者尼古拉斯·卡德正在準備BCI系統來源：加州大學戴維斯分校一個遞歸的 神經網絡首先預測他試圖説出的音素或聲音單元的概率。一個初步的語言模型將這些聲音單元組合成可能的單詞和短語，然後第二個更精細的語言模型構建出最可能的單詞集。在短語被解碼後，哈雷爾可以用他自己的聲音播放音頻版本。

這並不總是完美的：當彭博社的一名記者在場時，它錯誤地顯示了“骯髒”而不是“書呆子”。在這些情況下，哈雷爾可以通過激活屏幕上的按鈕來要求它再試一次，使用由Tobii AB製造的便攜式眼動儀。

提高準確性

該技術的初步版本可以追溯到2004年，馬薩諸塞州的一名男子馬特·納格爾在一次刺傷事件中癱瘓後植入的大腦。儘管自那時以來大部分創新都集中在速度上，但哈雷爾的設備真正的突破在於準確性。

經過不到兩個小時的訓練，其中大部分是在一個125,000個單詞的詞彙上，BCI的準確率達到了90%。在幾天內上升到95%，後來達到了97%。

儘管解碼的速度較慢，但這足以讓他參與家庭對話，並幫助為他的僱主——澳大利亞非營利組織日出項目——制定策略。他參與應對氣候變化的項目，包括針對金融機構。

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該技術的商業潛力受到當前患者數量少和成本高的限制。但這可能會改變，投資者正在關注。

“我們持續跟蹤研究進展，尤其是在大學，”紅杉資本的風險投資家康斯坦丁·布赫爾説，他稱讚加州大學戴維斯分校的工作“非常令人印象深刻”。“學術機構在資助科學和研究方面處於良好位置，而風險資本在技術從‘研究’轉向‘開發’時最為有用。”

哈雷爾的設備突出的一個領域是：經過訓練後，他的妻子可以自己操作。這與許多需要持證醫療人員操作的植入物形成對比，後者主要用於實驗室。

到目前為止，他是唯一一個獲得加州大學戴維斯分校技術的患者，該技術通過他頭頂的連接器插入。這使他容易感染，並且對於第一次看到電線與大腦並置的人來説可能會令人不安。哈雷爾表示，這些都無關緊要。

“像我這樣的人沒有時間等待完美的產品，”他説。“對我來説，現在這已經足夠好了。”

蘋果公司正在尋求新的收入來源，正在推進開發一種昂貴的桌面家用設備，該設備結合了類似iPad的顯示屏和一個機器人手臂。

根據知情人士的説法，該公司現在有幾百人團隊在開發該設備，該設備使用一個細長的機器人手臂在大屏幕上移動。該產品依賴於執行器來上下傾斜顯示屏並使其旋轉360度，將為家用產品提供一種新穎的選擇，例如亞馬遜公司的Echo Show 10和Meta平台公司已停產的Portal。