“大脑机器界面”模型及语言合成流程
据美国媒体报道，近日，美国科学家发明了一种可以实时翻译大脑信号的技术，置入大脑内部的装置以无线的方式向外传送大脑信号，外部的语言合成器可以实时接收大脑信号并将其翻译成人类语言。目前，基于这项技术的“大脑机器界面”已经在一位闭锁综合症患者身上取得实验成功。
据科学家介绍，利用这项技术，“思想变语言”的过程仅仅需要50毫秒，这个时间量恰好与神经正常的人用语言表达自己的思想时反应时间相同。这一研究成果首次成功地证明，可以在人类大脑中置入无线装置，通过大脑意识对外部的语音设备进行实时控制。对于那些因为神经受损而失去控制能力的人来说，这项成果将是他们的福音。
该项研究由美国波士顿大学科学家弗兰克-古恩特尔领导实施，波士顿大学感知与神经系统系、健康与复原科学学院、哈佛-麻省理工学院卫生科学与技术部的科学家们共同参与了这项研究。这项研究成果将发表于美国《公共科学图书馆?综合》杂志上。
古恩特尔介绍说，“我们的研究成果表明，‘大脑机器界面’的用户可以直接控制语言输出，比使用相对较慢的打字过程要好得多。”
科学家们将这项技术应用于一位26岁的闭锁综合症患者身上进行实验。该患者在16岁时曾经有过一次脑干中风，这次脑干中风造成患者的运动神经元受到损伤。运动神经元主要是用于执行人体的行为和动作。运动神经元受损意味着患者可能会出现肢体麻痹、肌肉萎缩，甚至瘫痪等严重问题。除了眼睛可以上下运动外，这位患者已经出现了全身麻痹症状。不过，他的意识是清醒的，这种情况就是所谓的“闭锁综合症”，即意识清醒，但不能说话、不能活动。
五年前，科学家将一个电极置入患者的大脑内部，大约位于与语言相关的运动前区皮层和运动皮层之间。此后，神经突开始生长至电极上。三四个月后，神经突在电极上产生了信号。三年后，研究人员开始测试“大脑机器界面”，准备合成语音产品。由于该系统是基于遥感技术的，因此不需要电线或传感器连接到患者皮肤之内，这也排除了感染的风险。
电极将神经信号扩大并转化为无线电信号。在患者的头部贴有两片薄片，这两片薄片起到信号接收天线的作用。当大脑内的无线电信号向外发送时，头皮上的接收天线就可实现及时接收并将这些信号传送到电生理学记录系统中。记录系统将信号进行数字化转换并分类。分类后的数据被输入一个神经信号解码器中进行解码。然后，解码后的结果再输入到语言合成器中。最后，由语言合成器生成人类的语言。目前，科学家们仅仅是实验了元音字母。整个过程平均花费时间仅为50毫秒。
尽管目前的研究成果只是合成了一小部分元音，但是研究人员认为随着该系统的逐步完善，不久的将来可能会实现连贯的语音产品。古恩特尔表示，“我们当前的计划就是尽快研制一种新的语言合成器，合成更多的连贯语音。”