62岁的蒂姆·埃文斯(Tim Evans)穿着他的橙色O型球衣，笑着说：“这太棒了。”作为终身球迷的他正在为他喜欢的球队展示祝贺。
金莺队上一次赢得美联东区冠军是在2014年，那一年埃文斯被诊断出患有肌萎缩性侧索硬化症(ALS)，这是一种进行性神经系统疾病，会导致肌肉无力、运动和语言功能丧失。埃文斯目前有严重的语言和吞咽问题。他虽然可以很缓慢的说话，但大多数人很难听懂他的话。
不过，借助于脑机接口(BCI)——大脑和外部智能设备之间的直接通信途径，埃文斯正在重新获得控制感。这种BCI 设备名为"皮质通信"（Cortical Communication，简称 CortiCom），通过手术植入负责语言和上肢功能的大脑区域表面。埃文斯正在参加约翰斯·霍普金斯大学医学中心和应用物理实验室合作开展的一项临床试验，该试验正在对严重语言和运动障碍患者使用该设备进行一系列研究，以恢复他们因神经系统疾病而丧失的部分能力。
通过使用脑机接口和一种特殊的计算机算法来将他的大脑信号转化为计算机命令，埃文斯能够自由可靠地使用一组六个基本命令(上、下、左、右、进入和返回)来导航通信板上的选项，并控制房间灯和流媒体电视应用程序等智能设备。
10月25日发表在《Advanced Science》杂志上的研究结果显示，在三个月的时间里，BCI算法的准确率保持在90%以上，而不需要重新训练或重新校准。
该研究的资深作者、临床试验的首席研究员Nathan Crone医学博士表示，“过去关于语音BCI的研究主要集中在通信方面，而我们的研究则解决了直接控制智能设备的需求。BCI能准确识别一小组简单的命令，让蒂姆能够导航通信板和控制家用设备，而不需要语言模型来修正错误。”
埃文斯表示，“这太好了，我可以不用起床就能打开电视和关灯。”
# 它是如何工作的
2022 年夏天，约翰斯·霍普金斯大学医学院神经外科教授William Anderson医学博士和整形与重建外科教授Chad Gordon医学博士在埃文斯的大脑表面放置了两个脑皮质电图（ECoG）网格。ECoG 网格是一片薄薄的电极（微型传感器），其面积只有一张邮票大小，放置在人的大脑上，用于记录成千上万个脑细胞（神经元）产生的电信号。
埃文斯与研究团队合作了几个星期，在训练过程中，他大声重复屏幕上出现的六条命令中的每一条，以此来训练脑机接口识别他独特的大脑信号。训练完之后，埃文斯就被要求发出同样的口头命令来实时控制通信板，在接下来的三个月里，每天大约5分钟。
功能控制语音脑机接口原理图
约翰霍普金斯大学生物医学工程研究生、该论文的第一作者Shiyu Luo表示：“虽然蒂姆的讲话对于大多数人类听众来说难以理解，但BCI能够准确地将他的大脑活动转化为计算机指令，使他能够按照自己的节奏导航到通信板并选择项目。除了表达他的感受或他想要的东西，蒂姆还能使用 BCI 打开或关闭一盏灯，并在YouTube 上选择要观看的视频。”
在整个测试过程中，研究人员发现，使用来自大脑运动和感觉区域的信号能产生最佳效果。Shiyu Luo表示，与嘴唇、舌头和下巴运动有关的大脑区域对BCI的性能影响最大，并且在三个月的研究中保持一致，在使BCI良好可靠地工作方面发挥了至关重要的作用。
# 不同的方法
Crone表示，与许多其他BCI研究不同，这种方法使用的电极不会穿透大脑，因此研究小组可以从大脑表面记录大量神经元群，而不是单个神经元。随着时间的推移，这些群体反应似乎更加稳定，它们每天的变化不大，所以我们用于控制计算机界面的BCI算法至少在三个月内不需要重新校准或重新训练。
研究人员表示，无需重新训练BCI算法意味着这种方法有可能让参与者随时随地自由使用BCI，而无需研究人员的持续干预。未来，希望这意味着重度瘫痪的参与者可以只用大脑信号打开电灯，收看电视新闻，开始新的一天。
研究期间的电极贡献
Crone说：“我们研究的惊人之处在于，准确性并没有随着时间的推移而改变，第 1 天和第 90 天的效果一样好。我们的研究结果可能是实现重度瘫痪患者在家中独立使用语音BCIs 的第一步。”
# 接下来做什么
这项研究的一个局限性是用于解码语音的词汇有限。Crone说，尽管他们采用的六个命令既直观又足以控制基于网格的应用程序，但更全面的词汇表可能会减少执行更广泛任务所需的时间。
目前，Crone和他的团队正在与埃文斯合作进行一系列其他研究，以扩大脑机接口从他的大脑信号中获取的词汇量。他们还积极招募患者进行临床试验，研究脑机接口系统对运动和沟通障碍患者的作用。
“这是脑机接口领域的一个非常激动人心的时刻，因为有几家公司在投资这项技术，”克龙说。“对于那些由于各种神经系统疾病而失去沟通能力的人来说，他们很有希望保持或恢复与家人和朋友沟通的能力。但要让所有可以使用这项技术的患者都能使用这项技术，还有很多工作要做。”
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202304853
https://www.eurekalert.org/news-releases/1005782
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