系统将想象中的笔迹转化为文本

科技的进步使失去行动或说话能力的人能够再次与人交流。脑机接口(brain -computer interface，简称bci)能够在大脑和外部计算机之间实现直接通信。bci解码神经活动，并将其转换为命令，以实现用户的目标。使用脑接口技术，瘫痪的人可以通过大脑活动控制机械臂或用电脑光标打字。

然而，使用bci的点击输入可能是一个缓慢的过程，使其使用效率低下。研究人员正在寻找加快BCI通信的新方法。专注于快速、精细的动作(如书写)所使用的大脑信号可能会加快这一过程。由斯坦福大学弗朗西斯·威利特博士和克里希纳·谢诺伊博士领导的团队开发了一种BCI，可以解码手写动作的思想，并实时将其翻译成文本。他们用一个因脊髓损伤而瘫痪的人评估了该系统的速度和准确性。

这项研究部分由NIH的BRAIN计划、国家神经疾病和中风研究所(NINDS)和国家耳聋和其他交流障碍研究所(NIDCD)资助。研究结果发表于自然2021年5月12日。

研究人员要求参与者试着像手没有瘫痪一样写字。他被告知想象自己拿着一支笔写在一张有格子的纸上。然后，他设想如何复制屏幕上显示的单个字母，以及空格和停顿的符号。

植入大脑的电极记录了来自参与者运动皮层的信号，运动皮层是大脑中控制精细运动的区域。即使一个人因为脊髓损伤而瘫痪，他们的运动皮层仍然工作，并为预期的运动产生神经信号。电极记录了大约200个独立神经元的大脑活动，这些神经元对每个汉字的“书写”做出了集体反应。

然后，这些大脑信号被用来训练机器学习计算机算法，以识别代表单个字母的神经模式。经过一系列训练后，系统允许参与者组成新的句子，计算机实时显示字母。

手写BCI系统是对现有BCI的显著改进，现有BCI通过移动光标在屏幕上“键入”单词。使用新系统，参与者能够以每分钟约90个字符的速度造句并与他人交流，准确率为94%。这种速度与年龄相仿的人在智能手机上打字的速度相当。相比之下，“指向点击”界面每分钟只能显示40个字符。

威利特解释说:“尝试写每个字母会在大脑中产生一种独特的活动模式，使计算机更容易以更高的准确性和速度识别正在写的内容。”

NIH brain项目主任John Ngai博士说:“这项研究代表了脑机接口和机器学习技术发展的一个重要里程碑，这些技术正在揭示人类大脑如何控制像通信这样复杂的过程。”“这些知识为改善其他神经损伤和疾病患者的生活提供了重要的基础。”

虽然这项技术还处于初级阶段，但它可以帮助那些失去写作和说话能力的人。临床试验，叫做BrainGate2公司将继续测试这一技术和其他BCI技术。