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打字|截瘫患者“意念打字”登火了：速度接近常人敲键盘 准确率99.2%

1960 年代，英国医生 Grey Walter 为确认癫痫病人的脑内病灶，在其贴近大脑皮层的地方放了电极，清晰地获取了病人的神经活动 。
这仿佛为 Grey Walter 打开了新世界的大门，突发奇想之下他把电极连接到自制的“电位转换器”上，竟让癫痫病人实现了意念控制幻灯片切换，这便是脑机接口技术的第一次完整实现 。
时至今日，脑机接口技术虽未真正大规模落地，但我们对其已不再陌生，即便争议时常存在，技术突破也从未停歇——2021 年 5 月 13 日，脑机接口领域最新突破登上了本期知名学术期刊 Nature 的封面 。
借助斯坦福大学设计出的新型脑机接口系统，截瘫患者可以用意念打字 。
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患者打出单词 battle 的速度与常人手机打字速度相差并不多，很难想像这是通过意念控制做到的 。
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其实早在 2017 年已有通过植入式脑机接口使患者实现意念打字的先例，很明显，最新的脑机接口系统大大提升了打字速度 。
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官方给出的数据是，这一系统下，患者每分钟可输入 90 个字符，而此前意念打字速度最多只达到每分钟 60 个字符（注：常人打字速度为每分钟 115 个字符） 。可见，这一系统在速度上有了显著提升 。
除了速度，准确率也是一项关键因素——据了解，最新系统打字的原始准确率为 94.5%，经语言模型自动校正后的准确率能达到 99.2% 。
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2021 年 5 月 12 日，相关研究成果发表于 Nature，题为 High-performance brain-to-text communication via handwriting（通过手写实现的高性能大脑-文字交流） 。
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论文作者主要来自斯坦福大学（霍华德·休斯医学研究所 HHMI、医学院神经外科、电气工程系、Wu Tsai 神经科学研究所、Bio-X 研究所、生物工程系、神经生物学系）、美国退伍军人事务部神经修复和神经技术研发中心、布朗大学（工程学院、Carney 脑科学研究所）及哈佛医学院麻省总医院神经内科神经技术与神经康复中心 。
实际上，这一研究是美国企业 BrainGate 临床试验的一部分，主要由布朗大学工程学院教授、重症监护神经学家 Leigh Hochberg 博士指导 。
交流速度如何跟上思考？
在平时敲键盘的过程中，我们不难注意到一点，人脑思考的速度往往要比交流的速度快得多 。而对于严重瘫痪的患者而言，这种问题则显得尤为突出 。
针对不便交流的群体，目前已有辅助打字设备进入商用 。这种设备主要基于使用者的眼球运动或语音命令 。据了解，一种眼球追踪键盘可使瘫患者每分钟输入约 47.5 个字符，速度明显低于常人打字速度；不仅如此，对于那些因瘫痪影响到眼球运动或发声的患者而言，这一技术将有着很大的局限性 。
相比之下，脑机接口技术则可通过解读大脑活动模式来恢复患者的特定功能 。
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【借助脑机接口，猴子也能打游戏】
具体到打字任务上，脑机接口技术可以基于神经活动，建立分类算法来预测用户想要选择的字母，解决键入任务：
非侵入性脑机接口可向患者提供顺序的视觉提示，分析用户对提示的神经反应，从而确定他们想敲打的字母 。
侵入式脑机接口则是在大脑中植入电极，使用户控制光标、选择字母键 。
基于这一点，研究团队希望通过设计一种用于打字的脑机接口系统，使得截瘫患者按其思维速度进行交流 。
意念打字如何实现？
据悉，研究团队设计的新型脑机接口系统原理为：
首先，在用户想象要写的字母时，大脑电极测量神经元活动（注：下图中的线条表示神经元发射的时间点） 。
接着，递归神经网络（RNN）学习每个字母产生的神经活动模式，并分析这些活动模式在多个试验中的关系，从而生成聚类图 。


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