腦機介面最新研究:失語癱瘓者每分鐘「說」出近30字元,平均錯誤率僅8.23%
腦機介面最新研究:失語癱瘓者每分鐘「說」出近30字元,平均錯誤率僅8.23%
2022.11.15 | AI與大數據

只要一個人的大腦神經活動還在,科學家們就有可能幫助失語癱瘓患者(由於嚴重聲帶和肢體癱瘓而交流受限)恢復應該有的交流能力。

腦機介面被寄予厚望,是近年來神經科學中最前沿的研究領域之一。在一項最新研究中,來自美國加州大學舊金山分校的科研團隊設計了一個神經假體,這種神經假體可以將腦活動轉譯為單個字母,實時拼出完整句子,展示在一名失語癱瘓患者面前。

據介紹,由該神經假體能構成的拼寫系統能夠以每分鐘 29.4 個字元的速度生成句子,平均字元錯誤率僅為 6.13%,且可以推廣到包含 9000 多個詞的詞匯表中。

相關研究論文以“Generalizable spelling using a speech neuroprosthesis in an individual with severe limb and vocal paralysis”為題,已於今日發表在科學期刊 Nature Communications 上。 神經外科醫生、加州大學舊金山分校神經外科和生理學副教授 Edward Chang 為該論文的通訊作者。

這一研究成果凸顯了無聲控制的語言神經假體通過基於拼讀的方法生成句子的巨大潛力。

曾讓癱瘓15年男子恢復「說話」能力

理論上,透過在人(或動物)與外部設備之間建立信息傳輸通路,並利用人工智慧等技術構建映射關系,就可以將人(或動物)的意識顯示在機器上。

此前,來自斯坦福大學的科研團隊就成功開發出一套腦機介面系統,該系統利用大腦運動皮層的神經活動可解碼「手寫」筆跡,並使用循環神經網路(RNN)將筆跡實時翻譯成文本,成功呈現在電腦屏幕上。

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圖/ 36Kr

同樣,早在去年 7 月,Chang 團隊就曾首次使用腦機介面幫助一位癱瘓超過 15 年的失語男子 BRAVO1 恢復了「說話」的能力。

據瞭解,BRAVO1 在 20 歲時因嚴重的腦乾中風癱瘓並失語,只有頭、脖子和四肢能進行極為有限的活動,但其大腦的認知功能完好無損。

他們為 BRAVO1 開發了一個包含 50 個單詞的系統,該系統每分鐘可以解碼 15.2 個單詞,準確率中值為 75%。

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圖/ 36Kr

在獨立單詞任務中,BRAVO1 先會看到 50 個常用單詞中的一個。當屏幕上的單詞變成綠色時,BRAVO1 便開始用意念「說」出這個單詞,進而讓電極記錄下他的神經活動。據論文描述,研究團隊共計進行了 9000 次單詞任務,有效數據時長為 22 個小時。

然而,這一系統受限於特定詞匯表,參與者必須嘗試大聲說出這些詞,這對於失語癱瘓的患者來說,是一項非常困難的任務。

在此次工作中,研究團隊通過設計其系統解碼與音標字母相關的腦活動,將此前的方法拓展到了更大的詞匯量,並提高了拼寫速度和準確性。

「會說話」的神經假體

神經假體是一種可以替代缺失的神經系統功能的設備,有望為因失語癱瘓而無法說話或打字的患者恢復交流能力。

然而,人們尚不清楚是否可以通過無聲地嘗試說話來控制交流神經假體。

在測試中,在參與者嘗試無聲地說出每個字母發音時,新系統能夠解碼參與者的腦活動,整個拼寫過程如下圖所示。

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工作示意圖
圖/ 36Kr

在句子拼寫試驗開始時,參與者試圖默念一個單詞來主動激活拼寫器(圖 a),在整個任務過程中,新系統從電極記錄的皮層數據中實時提取神經特徵(高伽馬活動和低頻信號),麥克風信號表明在執行任務期間沒有聲音輸出(圖 b)。

據論文描述,語音檢測模型由 RNN 和閾值計算構成,通過處理神經特徵來檢測無聲語音嘗試,一旦檢測到,拼寫過程就會開始(圖 c)。

在拼寫過程中,參與者在每 2.5 秒發生一次的字母解碼周期中拼寫想要表達的信息,在每個周期內,都會看到一個倒計時,最後看到一個代表“開始”的提示,然後試圖默念出代表所需字母的代碼字(圖 d);在整個拼寫過程中計算所有電極通道的高伽馬活動和低頻信號,並將其分成 2.5 秒的非重疊時間視窗(圖 e)。

隨後,基於 RNN 的字母分類模型會處理每一個神經時間窗,預測參與者試圖默念 26 個可能的代碼字或者試圖執行一個手動命令的概率,如果預測手動命令的概率達到了 80% 以上,則拼寫過程結束,否則預測的字母概率繼續由波束搜索演算法進行實時處理,並將最有可能的句子顯示給參與者(圖 f)。

最後,當參與者拼出想要表達的信息後,可以通過握緊右手來結束拼寫過程,最後完成整個句子(圖 g),與手動指令相關的神經時間窗會被傳遞給分類模型(圖 h),如果分類模型收到了參與者的手動命令,基於神經網路的語言模型(DistilGPT-2)就會對有效句子重新評分,評分後最有可能的句子被用作最終的預測(圖 i)。

測試結果顯示,參與者從一個1152 個單詞的詞匯表裡,能夠以每分鐘 29.4 個字元的速度生成句子,平均字元錯誤率僅為 6.13%。

在進一步的實驗中,研究團隊發現,這一方法可以推廣到包含9000多個單詞的詞匯表中,平均錯誤率也只有8.23%。

以上研究結果表明,基於拼讀方法利用語音編碼詞匯生成句子的無聲控制語言神經假體具有相當大的應用潛力。

未來,研究團隊還需要繼續研究該方法是否能在更多患者中達到同樣或者更好的效果。

本文授權轉載自:36Kr

責任編輯:何汶、林美欣

關鍵字: #演算法
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Meet大南方2026徵展啟動,免費早鳥席次6/8截止!6大解方區直球接傳產、ESG、醫療照護痛點
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Meet大南方2026不是一場讓你「露個臉、拿名片」的展會。
Meet大南方2026是一場讓你「找到真正客戶」的展會。

2025年,我們用一組數字證明了這件事:雙日觀展近1.3萬人次、290+組團隊參展、促成352組商機媒合。這個媒合數字是2024年的2.7倍。同一批展商、同一個場地,媒合效率在一年內跳了一個量級。

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#0 2026Meet大南方徵展
2025 Meet大南方吸引近300家新創參展,雙日觀展近1.3萬人次。
圖/ Meet創業小聚

所以今年,我們不再單純以「趨勢」和「創業」為號召,正式把展會定位為「Meet Your Best Solution」。不談空泛願景、不畫技術大餅,而是把AI應用、智慧製造、ESG碳管理這些詞彙,翻譯成每一位企業主聽得懂的語言、用得上的解方。

對解方提供商意味著什麼?代表來到你攤位前的人並不是路人,極有可能就是來找答案的老闆。

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2026年8月28日(五)至29日(六),Meet大南方將於高雄展覽館展開第6屆展會,並於即日起正式啟動招商。

對正在開發南部市場的解方商來說,Meet大南方不只是「一次曝光機會」,還代表以下4件事:

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兩天展期裡,除了攤位對話,我們會透過企業媒合會、投資人媒合會、新創交流之夜等機制,主動把你和潛在客戶、投資人湊到同一張桌子上。2025年這套機制為展商促成352組商機媒合,是前一年的2.7倍。現場示範、現場對話、現場加LINE,一次抵過3個月的線上開發。

#2 2026Meet大南方徵展
南台灣的企業主帶著明確的問題走進展場,找他們最迫切需要的解方。
圖/ Meet創業小聚

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值得一提的是,2025年Meet大南方的媒體曝光總效益超過新台幣3,000萬元,涵蓋《工商時報》、《經濟日報》、《數位時代》等91家媒體、共323則網路新聞露出。展商的品牌能量會自然搭上這波媒體浪潮。雖然這不該是你來的主要理由,但它確實是附贈的。

六大解方區:每一區都是一組企業痛點

今年我們把展區濃縮為6大「解方區」,每一區都直球對應一組具體的企業痛點:

智慧製造與產線升級 解方區——給自動化設備、AOI/AI視覺檢測、MES、工業物聯網、系統整合的團隊。對應痛點:缺工、良率不穩、設備老舊、排程沒效率。

數位管理與企業效率 解方區——給ERP/CRM/HRM、AI Agent、AI辦公工具、RPA、SaaS、FinTech支付、資安的團隊。這是最跨產業的一區,涵蓋所有企業的效率需求。

醫療健康與高齡照護 解方區——給遠距醫療、AI診斷、長照科技、健康數據、醫療管理系統的團隊。對應高齡化社會下的照護人力缺口與醫療數位化缺口。

#1 2026Meet大南方徵展
今年策劃6大「解方展區」,直接對應企業經營現場最常見的問題情境。
圖/ Meet創業小聚

淨零碳排與綠能永續 解方區——給碳盤查SaaS、ESG顧問工具、綠能設備、能源管理系統、循環經濟的團隊。供應鏈碳足跡要求已經壓到南部製造業頭上,這一區的需求只會愈來愈急。

品牌轉型與跨境行銷 解方區——給電商平台、跨境物流、MarTech、AI行銷工具、品牌顧問的團隊。南部有太多做代工做到品牌老化、想做電商卻不知從何開始的業者。

未來零售與餐飲科技 解方區——給POS、餐飲SaaS、無人商店、會員CRM、供應鏈方案的團隊。搭配「大南方餐飲創業沙龍」同步導流。

方案與招商資訊

2026 Meet Greater South亞灣新創大南方
時間:8/28(五)、8/29(六)
地點:高雄展覽館北館
官網:https://meetgreatersouth.tw/

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報名採審核制。請至Meet Online更新公司資料及填寫參展報名表單,主辦單位將以Email通知審核結果。若您的解方尚在評估是否合適,歡迎先聯繫我們,一起確認哪一個解方區最貼近你的目標客戶。

企業帶著問題來,我們希望你帶著解方來。
8月28-29日,高雄展覽館見。

#1 2026Meet大南方徵展
今年Meet大南方將於8/28、8/29在高雄展覽館盛大舉辦,現已開放參展報名。
圖/ Meet創業小聚
關鍵字: #創新創業

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