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《自然·神经科学》:重大突破!科学家成功实现无创“读心术”,可根据fMRI监测的大脑活动重建连续语言序列
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2023.05.10 新疆

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*仅供医学专业人士阅读参考

将近二十年前,刘慈欣写了小说《三体》,创造出一种被称为三体人的外星生命,它们的大脑是透明的,所有想法都公之于众,所以他们无法做到隐藏思想,也因此不存在兵法和谋略。

地球人想从三体人手中守护地球,除了依靠毫无经验的宇宙战队和彻底消失的物理学,就只能依靠自己的大脑。

但是,不说话,不作为,你的想法就没人知道吗?

这可不一定。

近日,美国德克萨斯大学奥汀分校的研究人员就研究出一种“读心”术。他们发现,大脑血氧水平依赖性(BOLD)信号包含丰富的语义信息,这些信息以单词或短语的形式被捕获经过特异性训练的解码模型可以通过BOLD信号重建连续语言

这种“读心”方式经由功能磁共振成像(fMRI),无需入侵大脑,并且具有个体特异性,由本人大脑活动训练得到的解码模型只适用于本人。

研究发表在《自然·神经科学》上[1]。

以往的脑机接口试验已经证实,通过将大脑和外部设备进行连接,我们可以获得一定的语言信息,实现交流的目的。但是,这种方法需要对受试者进行侵入性神经外科手术,并且使用范围有限。

相比之下,非侵入性的语言解码的适用范围可以更加广泛,有更广阔的应用前景。但是现有非侵入性大脑解码装置的识别范围还很小,也很难得到连贯的语言表达信息

不得不说,想要解码大脑信息,fMRI是个很好的选择,最起码它不需要开颅,也有很好的空间特异性。但是,它所依赖的BOLD信号是个非常夸张的“慢性子”,神经活动反应到BOLD信号上,一次波动(上升和下降)大约需要10秒钟,对比英语的口语速度,一次信号波动差不多对应超过20个单词,解码难度实在是太大了!

解码模型示意图

在此次研究中,研究人员设计了新的解码模型。首先,进行编码模型训练,通过记录受试者听到故事时的大脑活动,将单词和短语的语义特征与大脑活动对应。为了能够识别的语言符合语法规则并实现前后连贯,研究人员利用生成性神经网络语言模型和定向搜索算法,根据已知单词预测之后可能出现的语言序列,整个过程不断进行选择。

共有3名受试者参与了各自的解码模型训练,并用新故事对模型进行了测试。解码得到的语言序列不仅能够表达故事的大概含义,而且往往能够捕获精确的单词和短语,充分证明了我们完全有可能从BOLD信号中恢复细粒度语义信息

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