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電極覆蓋位置
你可能有過這樣的經(jīng)歷:想要快速給某人發(fā)短信，但你手頭上正有活，比如正拿著雜貨或做飯，手頭很忙。雖然Siri可以為我們和設(shè)備之間的互動提供一個新的交互方式，但還是有很多限制，如果我們要超越這種限制又該怎么辦呢？腦機(jī)接口技術(shù)將為我們帶來一種新的交互體驗(yàn)，這種體驗(yàn)可以超越當(dāng)前各種語音助手的限制。
使用BCI，人們可以移動機(jī)器，不需要動肌肉就能控制虛擬化身。這通常是通過訪問大腦中負(fù)責(zé)特定動作的區(qū)域，然后將電信號解碼成計(jì)算機(jī)可以理解的東西來完成的。然而，有一個領(lǐng)域仍然難以破譯，那就是語言本身。
但是現(xiàn)在，來自加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家們已經(jīng)報(bào)告了一種將人類大腦活動直接轉(zhuǎn)化為文本的方法。
Joseph Makin和他們的團(tuán)隊(duì)使用了一種新的算法的，這種算法能夠?qū)⒁环N計(jì)算機(jī)語言翻譯成另一種計(jì)算機(jī)語言(這是許多人類語言翻譯軟件的基礎(chǔ))。基于軟件的這些改進(jìn)，科學(xué)家們設(shè)計(jì)了一個BCI，它能夠?qū)⒁徽涞拇竽X活動翻譯成實(shí)際的文本句子。
這種新的BCI之所以比過去的嘗試更有效，原因之一是它改變了關(guān)注的焦點(diǎn)。
四名癲癇患者(已經(jīng)有腦植入物進(jìn)行治療)，通過30分鐘大聲朗讀句子來訓(xùn)練計(jì)算機(jī)算法，而植入物記錄了他們的大腦活動。該算法是一種人工智能算法，它查看需要以特定順序才能理解的信息(比如語音)，并預(yù)測接下來會發(fā)生什么。
編碼-解碼網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
從這個意義上說，這個AI正在學(xué)習(xí)句子，然后能夠創(chuàng)建一個代表大腦的哪些區(qū)域正在被激活，以什么樣的順序和強(qiáng)度來創(chuàng)建句子。這是BCI的編碼部分。
編碼器后面跟著一個不同的AI，它能夠理解計(jì)算機(jī)生成的表示并將其轉(zhuǎn)換為文本--解碼器。
解碼器
編碼器后面是另一種AI算法，它可以理解計(jì)算機(jī)生成的表示并將其轉(zhuǎn)換為文本，即解碼器。這個編碼-解碼器組合對語言的作用就像其他BCIs對運(yùn)動的作用一樣:配對一組特定的大腦信號，并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能理解并能采取行動的內(nèi)容。
解碼流程模型
這項(xiàng)研究之前可用的語音BCI僅能夠區(qū)分小塊語音，例如單個元音和輔音，即使如此，其準(zhǔn)確性也僅為40％。
該界面一次可以翻譯30到50個句子，錯誤率類似于專業(yè)級語音轉(zhuǎn)錄。該團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了另一項(xiàng)測試，在對另一名參與者進(jìn)行測試之前，他們先對一名參與者的語音進(jìn)行BCI測試。。這提高了整體翻譯的準(zhǔn)確性，表明整個算法可以被多個人使用和改進(jìn)。最后，基于大腦植入物收集的信息，該研究還能夠擴(kuò)展我們的知識，即當(dāng)我們說話時(shí)大腦的特定區(qū)域是如何被激活的。
在BCI領(lǐng)域中，理想的方法始終是能夠獲取單個大腦信號并將其直接轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)代碼，從而減少任何中間步驟。但是，對于包括語音在內(nèi)的大多數(shù)BCI來說，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。這項(xiàng)研究之前可用的語音BMI僅能夠區(qū)分小塊語音.
新的BCI之所以比過去的嘗試更有效，原因之一是它改變了關(guān)注的焦點(diǎn)。他們專注于整個單詞，而不是小塊的演講。因此，這種機(jī)器不用區(qū)分諸如“Hell”、“o”、“Th”、“i”、“a”和“go”等特定的發(fā)音，而是可以使用完整的單詞“Hello”和“Thiago”來理解它們之間的區(qū)別。
盡管最好的情況是在英語的全部范圍內(nèi)訓(xùn)練算法，但對于本研究，作者將可用詞匯限制為250個不同的單詞。也許不足以涵蓋莎士比亞的全部著作，但實(shí)際上幾乎是大多數(shù)BMI的改進(jìn)。當(dāng)前，大多數(shù)BMI都使用某種形式的虛擬鍵盤，人們用他們的思想移動虛擬光標(biāo)并在此鍵盤上“鍵入”，一次是一位。
從大腦植入物中讀取大腦活動和我們能在更大范圍內(nèi)做的任何事情之間有一個非常明顯的區(qū)別。然而，這項(xiàng)研究開辟了令人著迷的新方向。這些植入物被訓(xùn)練了大約30分鐘的演講，但是植入物仍然在那里。通過不斷地檢查數(shù)據(jù)，科學(xué)家們可能能夠?yàn)?/span>BMIs創(chuàng)建一個有價(jià)值的訓(xùn)練集庫，如圖所示，然后這些訓(xùn)練集可以被翻譯給其他人。也有可能將這項(xiàng)研究擴(kuò)展到不同的語言，這將使我們更多地了解語音及其在大腦中的表示如何隨語言而變化。
當(dāng)然研究人員表示，為了將這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為我們所有人都可以使用的技術(shù)，還需要進(jìn)行更多的研究。該技術(shù)很可能將首先用于改善癱瘓患者的生活，并用于其他臨床應(yīng)用。
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