前沿｜脑机接口新突破：实现迄今为止最快的打字速度

选自ScientificAmerican

编译：侯韵楚 ，微胖

一个新型接口系统——使三位瘫痪病人的打字速度比之前快出 4 倍。读者可点击阅读原文下载此论文。

十年前的一个雨天，Dennis Degray 出门扔垃圾时不慎滑倒，从此他的生活轨迹迥然改变。他撞到了下巴，造成了严重的脊髓损伤，以至于脖子以下全部瘫痪。如今研发出了一个系统，意在使瘫痪病人仅用大脑便可以打字；而他便是这个系统调查实验的明星参与者。

图 1：实验配置 (a) 和在自由书写的问答环节的键入速度 (b)

研究人员用三个任务来测评其性能。为了尽可能在最自然的情境中证实该系统性能，研究人员会在任务中，评估一位被试情况，在这一任务中，被试要做的仅仅是使用设备来回答问题。但是，我们通常使用复制打字（copy typing，包括打出固定短语）来评测打字速度，所以，这三位被试都会以这种方式评估。进行的女士快于每分钟六个单词，另一个 ALS 病人打出了约三个单词，而 Degray 打出了约八个单词。2015 年 一期 *Nature Medicine *介绍了可比较的结果，不过，它们都是通过软件实现的，这些软件能够利用英语的统计学数据来预测后续字母。而这项研究中并未应用这类软件。

两个 ALS 患者分别达到 2.2 和 1.4 比特每秒，是之前记录（相同的参与者在之前的记录）的两倍以上。Degray 达到了 3.7 比特每秒，这比之前的最高速度快四倍。Pandarinath 说：。

其他研究者认为这些是最前沿的成果。匹兹堡大学的生物医学工程师 Jennifer Collinger 说：他并没有参与到这项研究中。Collinger 说：。

通过电极与大脑相连接的其他方法，包括将电极置于头皮上用于制作脑电图（EEG），以及将电极置于脑表面的头骨之下，制成脑电图（ECoG）。皮质内植入物的优点是：可以从单一细胞挑出具体行为，也可用其他方法捕获数千神经元的平均活动。匹兹堡大学的神经生物学家 Andrew Schwartz 说：他同样没有参与到研究中。运动和疤痕会使约前两年植入的信 质量下降，但剩下的信 仍然有效——。

目前最大的缺点便是从头部发出，将电线接到电缆上，这很繁琐也有风险。Pandarinath 说：。这样的设备需要无线电源，已经有几个小组投入研究。Schwartz 说：

团队把这些进展归功于更优的系统工程和解码算法。Pandarinath 说：。去年，研究人员发表了一项斯坦福生物工程师 Paul Nuyujukian 领导下的研究。通过训练两只猕猴来执行与类似于本研究所用的 格练习的任务。猴子打字的方式是，通过改变屏幕上字符的颜色来选择字符，生成句子。（尽管他们不会理解这些单词的意思）。当他们添加了一个独立的算法来检测猴子的停止意图时，相应的最快速度每分钟增加了两个单词。

这个也被用于当前的研究。Pandarinath 说：

斯坦福大学的团队已在研究无线技术，并为该项目制定了雄伟的长期目标。Henderson 说：

论文：瘫痪者使用脑皮质内脑机接口的高性能通信（High performance communication by people with paralysis using an intracortical brain-computer interface）

摘要：脑机接口（BCI）有望通过将神经活动翻译成辅助通信设备的控制信 而帮助患有四肢瘫痪和构音不全的人重新获得交流能力。尽管之前的临床前和临床研究已经给出了有潜力的概念验证（(Serruya et al., 2002; Simeral et al., 2011; Bacher et al., 2015; Nuyujukian et al., 2015; Aflalo et al., 2015; Gilja et al., 2015; Jarosiewicz et al., 2015; Wolpaw et al., 1998; Hwang et al., 2012; Spüler et al., 2012; Leuthardt et al., 2004; Taylor et al., 2002; Schalk et al., 2008; Moran, 2010; Brunner et al., 2011; Wang et al., 2013; Townsend and Platsko, 2016; Vansteensel et al., 2016; Nuyujukian et al., 2016; Carmena et al., 2003; Musallam et al., 2004; Santhanam et al., 2006; Hochberg et al., 2006; Ganguly et al., 2011; O』Doherty et al., 2011; Gilja et al., 2012），但人类临床 BCI 系统的表现还并不够好，还不足以支撑有语音方面的身体限制的人的广泛采用。在这里我们 告了一种用于交流的高性能的皮质内脑机接口（intracortical BCI / iBCI），其已经在三位瘫痪的临床试验参与者的身上进行了测试。该系统利用了之前的临床前和临床研究（Gilja et al., 2015; Kao et al., 2016; Gilja et al., 2012）所发展的解码器设计上的进步。在打字速度（是原来的 1.4–4.2 倍）和信息流通量（是原来的 2.2–4.0 倍）上，所有三位参与者的表现都超过了之前的 iBCI（Bacher et al., 2015; Jarosiewicz et al., 2015）。这种高水平的表现表明了 iBCI 作为运动功能受限者的强大辅助交流设备的潜在应用价值。