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破心者─讀取人腦思想的硬膜下電極

Source: Geralt. web-network-programming. (Pixabay)

  諸如 X 教授的心靈感應、或是海賊王中的心綱,讀心能力一直是人類最渴望的超能力之一。隨著神經科學的進展,科學家也離破譯大腦的目標越來越近。本期 Nature 雜誌中,正式發表了可讀出病患心中想法的儀器。

  此研究來自加州大學舊金山分校的團隊。該團隊的 PI 是神經外科醫師 Dr. Chang,長年致力於人腦語言功能的研究,解構產生、辨識語言的相關神經網絡系統。用演算法分析腦神經電訊號,將特定單詞的意念,連結至特定型態的皮質訊號變化,乍看之下相當直觀。但實際上腦訊號過於複雜,很難直接破譯其中和語音有關的部分。Dr. Chang 的團隊則另闢蹊徑,針對發聲時大腦下達的嘴形、口部肌肉變化分析之。

  試驗找了五位罹患癲癇的受試者,在硬膜下 (subdural) 裝置治療癲癇的電極時,額外加入讀取訊號的電極。此電極能節錄病人想要發音的時候,大腦對口唇、聲帶、下顎產生的高密度皮質訊號。研究團隊使用遞歸神經網絡分析皮質訊號,以轉換成發音指令,最終利用電腦模擬出不同口、喉型組合時會發出的聲音。電腦也會利用病人實際發出的語音當作回饋,逐漸修正、提升其語音解碼系統 (decoder)。他們也發現,不同受試者之間,在發出相同字詞時,產生的皮質訊號極其相似。因此,依據特定一群受試者皮質活動所開發的語音解碼系統,也可能應用於其他人身上。相較於過往的腦機發聲介面,此系統能說出連續語句,且語音解碼系統具有一定的泛用性。然而,這樣的解碼系統也並非完美。因為長而持續的音其對應的動作訊號也較長較穩定,此系統在模擬長、持續音方面比較準確,短促音的模擬則更容易出錯。總體來說,系統產生的聲音能有七成的正確率。

  這樣的腦機介面,也許可在不遠的未來造福部分神經退化、中風、咽喉癌患者。儘管離實際臨床應用,甚至更進一步解讀人腦思想還有很長一段路要走,但如果哪天科技真能赤裸裸地解讀人心的真實想法,在沒有謊言的世界中,我們又該如何自處?

Speech synthesis from neurally decoded spoken sentences
Source: Anumanchipalli, Chartier, & Chang, Nature (2019). doi:10.1038_s41586-019-1119-1

參考文獻:

  1. Gopala K. Anumanchipalli, Josh Chartier & Edward F. Chang. (2019). Speech synthesis from neural decoding of spoken sentences. Nature, 568, 493–498 (2019). doi:10.1038_s41586-019-1119-1

撰文|謝典戰
審稿|紀威佑、藍冠鈞

About the author

謝典戰

謝典戰

就讀陽明醫學系,目前在高雄榮總實習。曾在北榮幹細胞研究室III執行科技部大專生計畫,赴Duke進行短期Cancer biology研究。參加國際基因工程競賽(iGEM)時,因緣際會獲邀至臺灣醫學生研究通訊(Investigator前身),開始撰稿和採訪,期待Investigator傳媒能持續讓更多人喜歡科學。

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