科技日報記者 張夢然
美國加州大學戴維斯分校團隊開發出一種研究性腦機接口，有望幫助因神經系統疾病而失去說話能力的人重新“發聲”。這項成果發表在最新一期《自然》雜志上，展示了該技術如何在人嘗試說話時，立即將大腦活動轉化為語音，從而創建出一種“數字聲帶”。
這項技術已在一名患有肌萎縮側索硬化癥（俗稱“漸凍癥”）的參與者身上測試成功。他通過植入式腦機接口，借助計算機與家人實時對話，不僅可以控制語調，還能唱出簡單的旋律。
此前的語音腦機接口主要將神經活動翻譯成文本，類似于發送短信，存在延遲并影響自然交流。而這種新型實時語音合成系統則更接近于語音通話，使用戶能夠更自然地參與對話。
新植入式腦機接口系統由4個微電極陣列組成，電極通過手術植入大腦中負責語音生成的區域。當參與者試圖說話時，電極記錄下神經元的活動，并將信號傳輸到外部計算機進行解碼，最終重建語音輸出。團隊還開發了一種新算法，能將每一時刻的大腦活動精確轉換為對應的語音，參與者可通過調整音高來表達不同的情感或意圖，比如提問、發出感嘆或強調某個詞語。
新技術的速度非常快，從神經信號采集到語音合成僅需1/40秒——這個延遲時間幾乎等同于人們正常說話時聽到自己聲音所需的時間。
參與者還能用該系統“唱”出簡短的旋律，顯示出語音合成的靈活性。聽眾對合成語音的理解率達到近60%，而在不使用該系統的情況下，他的語音僅能聽懂約4%。
實現這一過程的關鍵在于先進的人工智能算法。通過對數百個神經元放電模式的分析，團隊成功地將這些模式與參與者試圖產生的語音同步。這使得算法能在沒有語音輸入的情況下，僅憑神經信號就準確重建他想要表達的聲音。
這項研究標志著腦機接口技術在恢復自然語言能力方面邁出的重要一步，為因疾病或損傷而失語的人群帶來了新的希望。未來，其有望應用于更多患者，推動神經假體領域邁向更加智能化和人性化。
總編輯圈點
這項研究不僅實現了大腦信號向語音的實時轉換，更重要的是，它恢復了交流中的語調變化和節奏控制，使溝通更自然、更個性。相較于以前的輸出方式，明顯提升了交流效率與情感表達，極大增強了使用者在對話中的主動性和參與感。相信這項技術有潛力廣泛應用于漸凍癥、中風、腦干損傷等導致喪失語言能力的疾病治療中。同時，隨著算法優化和硬件小型化，還能拓展到更多神經康復領域，甚至推動人機交互邁向更智能化與人性化。
