Facebook 與加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）發(fā)布了有關(guān)腦機(jī)接口研究的最新進(jìn)展，其論文出現(xiàn)在了最新一期的自然雜志子刊《Nature Communications》上。
再過不久，我們僅靠意念就可以打字聊天、向計算機(jī)發(fā)出指令了。今天，F(xiàn)acebook 與加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）發(fā)布了有關(guān)腦機(jī)接口研究的最新進(jìn)展，其論文出現(xiàn)在了最新一期的自然雜志子刊《Nature Communications》上。
「今天我們分享的新工作有關(guān)構(gòu)建非侵入式可穿戴設(shè)備，讓人們只需通過想象要說的話即可完成『打字』動作，」Facebook 副總裁 Andrew Bosworth 表示?！高@一進(jìn)展顯示了未來 AR 頭戴設(shè)備輸入和互動能力的新潛力?！?/span>
這項研究證明了人們在對話時大腦產(chǎn)生的活動可以實時解碼為電腦屏幕上的文字——而在此之前，這樣的工作都是離線完成的，實時「翻譯」文字是腦機(jī)接口研究領(lǐng)域的第一次。研究人員表示，他們的算法目前為止還只能識別一小部分單詞和短語，但正在進(jìn)行的工作旨在翻譯更多詞匯，并大幅降低識別錯誤率。
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這一研究的主要作者，加州大學(xué)舊金山分校副教授 Edward F. Chang 和他的博士后 David A. Moses。
新研究展示的可能性或許離我們還很遙遠(yuǎn)，F(xiàn)acebook 在隨后發(fā)布的官方博客中表示：「這可能還需要十年時間……但我們認(rèn)為可以縮小這個差距?！?/span>
Facebook 與 UCSF 的研究致力于通過實時檢測大腦活動中的預(yù)期語音來幫助神經(jīng)損傷的病人能像正常人一樣交流。有趣的是，與很多檢測大腦神經(jīng)電流的方法不同，F(xiàn)acebook 與 UCSF 正在探索的策略是使用脈搏血氧儀，檢測神經(jīng)元的氧氣消耗，從而檢測大腦活動。這種間接、非入侵式的方法看起來安全很多。
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2017 年，F(xiàn)acebook Reality Lab 腦機(jī)接口項目的研究主管 Mark Chevillet 給了自己兩年的時間，證明利用非侵入式技術(shù)從人類大腦中每分鐘讀取 100 個單詞的可行性。
兩年過去了，結(jié)果也已經(jīng)出來：「承諾言猶在耳，」Chevillet 表示，「我們確實認(rèn)為這是可行的?！顾媱澙^續(xù)推進(jìn)該計劃。該團(tuán)隊的最終目標(biāo)是開發(fā)一種無需大聲說話就能控制的 AR 頭戴設(shè)備。
加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)外科醫(yī)生 Edward Chang 是作者之一，他表示，該結(jié)果是邁向神經(jīng)植入物的重要一步，可以幫助因中風(fēng)、脊髓損傷等失去說話能力的人恢復(fù)正常交流。今年四月，Chang 的團(tuán)隊打造了一個不同的腦機(jī)接口，可以直接從大腦信號中解碼語音。
提高解碼準(zhǔn)確性的法寶：添加語境
此次公布的這項工作的目標(biāo)是提高解碼大腦活動的準(zhǔn)確性。研究者表示，他們正在解碼來自大腦兩個不同部位的兩種信息，并將它們作為語境，結(jié)果對解碼的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。
解碼準(zhǔn)確性的提升基于一個簡單的概念：添加語境。利用植入三名癲癇患者腦部的電極，研究者記錄下他們在聽一組錄音問題時的腦部活動，并讓他們把自己聽到的東西大聲說出來。
然后，他們利用這些大腦數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法。然后，當(dāng)參與者再次被要求對問題作出回應(yīng)時，算法僅利用腦部活動來判斷參與者是否在聽或說，然后嘗試解碼這些語音。
多數(shù)語音解碼器的工作原理是猜測人想要說出什么話，因此常規(guī)的大腦解碼器可能會被「synthesizer」（合成器）、「fertilizer」（肥料）這種發(fā)音相似的詞搞混。
但本文提到的新系統(tǒng)加入了語境來區(qū)分這些容易混淆的內(nèi)容。首先，該算法從一組已知的問題中預(yù)測聽到的問題，如「你在田里撒了什么？」。然后將該信息作為語境來幫助預(yù)測答案：「肥料」。
問（藍(lán)色）答（紅色）任務(wù)中實時語音解碼原理圖。
Chang 表示，通過添加語境，腦機(jī)接口預(yù)測答案會更加容易。借助于一組受限制的特定問答，該系統(tǒng)能夠解碼感知到（聽到）和生成（口語）的語音，準(zhǔn)確率分別達(dá)到 76% 和 61%。但團(tuán)隊希望將來可以擴(kuò)大系統(tǒng)的詞匯量。
他還表示，算法效果越好，計算機(jī)速度越快，解碼速度也會越快。過去需要花費數(shù)周甚至數(shù)月時間進(jìn)行脫機(jī)處理的內(nèi)容現(xiàn)在可以實時完成了。
Facebook vs. Neuralink：兩條不同的腦機(jī)接口路線
Facebook 此次低調(diào)發(fā)布腦機(jī)接口新突破與前不久馬斯克高調(diào)公布其腦機(jī)接口公司 Neuralink 新進(jìn)展形成了鮮明對比。
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Neuralink 發(fā)布的腦機(jī)接口「縫紉機(jī)」。
與馬斯克的侵入式腦機(jī)接口不同，F(xiàn)acebook 想要制造一種借助于紅外光從外部接收大腦信號的 AR 頭戴設(shè)備（相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)的描述參閱 Facebook 博客），而 Neuralink 正開發(fā)包含 3000 個柔性電極的可植入陣列，以增強腦功能。
這兩種不同的開發(fā)模式似乎昭示著兩家公司展開競爭，從而能夠率先提供能夠解碼腦活動的商用腦機(jī)接口。但是，達(dá)成這一目標(biāo)可能是一個緩慢發(fā)展的過程，并不能一蹴而就。
Chevillet 對此表示：「由于這項技術(shù)依然處于早期研究階段，所以我們并沒有任何實際的產(chǎn)品規(guī)劃。」
與此同時，Chang 希望可以盡快為那些無法開口講話的病人帶來有意義的改變。截至目前，團(tuán)隊所有工作都是與那些能夠開口講話的志愿者一道完成的。所以，團(tuán)隊將花費一年時間對那些語言能力缺失的單一研究參與者們展開研究，以在電腦屏幕上生成相關(guān)文本。
所有數(shù)據(jù)將由加州大學(xué)舊金山分校收集，并存儲在學(xué)校服務(wù)器中，施以嚴(yán)格保密。同時，與 Facebook 合作獲得的所有研究成果將進(jìn)行發(fā)表，并向?qū)W界開放。Chang 強調(diào)稱：「我希望這不僅有益于我們正在從事的研究，還將使整個領(lǐng)域獲益?！?/span>
華裔教授團(tuán)隊
這項研究的大部分工作是在 UCSF 完成的，美國加州大學(xué)舊金山分校華裔科學(xué)家 Edward F. Chang 的團(tuán)隊近年來因為腦機(jī)接口的研究而被人們所熟知。今年 4 月，該團(tuán)隊使用人工智能識別大腦電信號并將其輸出為合成語音的工作登上了《自然》雜志。
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Edward Chang 教授。
Edward Chang 是加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)外科和生理學(xué)副教授。他的研究方向主要是人類語言、運動和認(rèn)知的大腦活動機(jī)制。他還是加州大學(xué)伯克利分校和加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)工程與義肢中心的聯(lián)合負(fù)責(zé)人。
今天發(fā)表的研究結(jié)果是加州大學(xué)舊金山分校大型研究項目 Project Steno 的一部分。據(jù)介紹，Project Steno 的最后階段將涉及為期一年的研究，以確定人類能否利用大腦活動來恢復(fù)殘疾人的交流能力。除了提供資金外，一小組 Facebook 研究人員正在與 Chang 和他的實驗室直接合作，以提供工程支持。
增強現(xiàn)實技術(shù)的愿景是讓人與人、人與世界無縫連接起來，讓我們可以在交流的同時無需將目光轉(zhuǎn)向手機(jī)屏幕，這將會是一種頗具未來感的方式。不久之后，從大腦實時讀取文字信息的技術(shù)或許就會出現(xiàn)在我們的生活中。
