利维坦按:早在六年前,美国犹他大学的研究小组就曾将包含细小微电极的网格植入一名患有严重癫痫的志愿者大脑中的语言中心。通过实验性的微电极,科学家在患者反复阅读下面10个词时,记录了他的大脑信号。这10个词可能对瘫痪患者而言是有用的,“是”、“不是”、“热”、“冷”、“饿”、“渴”、“你好”、“再见”、“多”和“少”。然后,他们试图找出分别代表这十个单词的大脑信号。当他们对比任何两个大脑信号时——比如当患者说“是”和“不是”这两个词时产生的信号——他们能够以76%到90%的正确率来区分每个单词对应的大脑信号。
癫痫患者大脑的磁共振扫描(MRI)图像上叠加了两种电极的位置:一种是帮助定位癫痫病灶的常规皮层脑电图(ECoG)电极(黄色部分),通过这些电极外科医生可以通过手术阻止癫痫发作;另一种是两个电极网格(红色部分),每个网格包含16个实验性的皮层脑电图微电极,用于从大脑中读取语言信号。
此图显示了严重癫痫患者大脑的部分颅骨被临时性切开后,在大脑之上植入的两种电极。较大的、编号的纽扣状电极,被外科医生用于定位并最终切除癫痫病灶。当这名患者不得不忍受这个过程的时候,他自愿让研究人员将两个各有16个细小微电极的小型电极网格植入到负责语言的两个脑区。这两个电极网格分别位于绿色和橙色导线束的末端,同时这些网格在图中是用两组白色圆点来表示的,因为实际的电极网格无法在图片中清楚地看到。
文/George Dvorsky
译/鹊踏枝
校对/小赵
原文/gizmodo.com/new-technique-allows-scientists-to-read-minds-at-nearly-1755927863
华盛顿大学研究人员的一项实验正为读脑术的进步奠定了基础。运用脑部植入技术以及久经研究的软件,研究人员预测到这项技术将会拥有惊人的速度和准确性。
人们看到页面或计算机屏幕上的二维图像,并且可以将其转换成头脑可以立即识别的图案,这种能力是通过神经传递加工得以实现的,但对于科学家来说,这种过程仍然是个未知之谜。为了更深入地了解我们的大脑是如何完成这项任务的,并且确认电脑是否能够同时收集和预测人们所见之物,华盛顿大学的神经科学家拉杰什·劳恩和神经外科医生杰夫·欧捷曼便做了这些研究。他们证明电脑可以以接近感知的速度解码人类大脑的信号。实验的细节部分可以从刊登在PLOS生物信息学的论文里查阅到(journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1004660)。
研究小组成员为此向七位正在接受癫痫治疗的病人寻求帮助。因为药物并不能减缓病症的突然发作,所以研究团队对这些患者的大脑进行临时植入,而植入的电极能够确定癫痫病灶,从而治疗可以直达病根。华盛顿大学的研究人员视它为完善实验的绝佳机会。“无论如何,他们都将会被植入电极,”在接受采访时,欧捷曼表示,“我们仅仅是在他们住院治疗时给他们额外增加一些任务,不然他们只能等待。”
研究人员给患者呈现一组随机顺序出现的图片——这些图片有人脸,房屋,甚至空白的灰色屏幕——在计算机显示器上以400毫秒的间隔播放。患者的特殊任务是留心观察一张颠倒房子的图片。
面孔和房屋的辨别任务,作者:凯·米勒等,20162016/PLOS 生物信息学
与此同时,他们大脑的电极与软件连接,用于提取两个不同脑信号特征的,即“事件相关电位”(当大量的神经元对同一图像做出反应时点亮)以及“宽频谱响应”(查看同一图像后短暂停留的信号)。
当图像在屏幕上快速变换,计算机以每秒1000次的速率进行取样并且对大脑进行信号数字化处理。这一举措可帮助软件确定哪种电极位置和信号与患者肉眼所见图像的联系最紧密。“我们得到了来自不同(电极)位置的响应,有些对人脸敏感,有些对房屋敏感,”劳恩表示。
在对软件进行测试和调整后,研究人员向患者展示了一组新的完全不同的图片。在之前没有录入这些新图像信息的前提下,计算机在一个实验对象观看房屋,脸庞,或者灰色屏幕的时候预测的准确性达到了96%,这几乎等同于感知速度。
然而这种精确性只在计算机同时对事件相关电位和宽频谱响应变化计算时才出现,正如这项研究所表明的,“他们捕捉到了测试对象的感知状态中不同和互补的方面。”所以当想了解一个人如何在视觉上感知一个复杂的事物时,思考大型神经网络的”总体脉络“就变得尤为重要。
尽管有趣,这项实验的可应用性仍然十分有限。该系统将进行一项准确的测试,以证实软件是否能识别一组更大规模的包括不同种类的图片。现在这个系统它的精确性并不明显,举个例子,电脑不能分辨患者是在识别人脸还是狗脸。
然而,一经完善,这种大脑解码可应用于为瘫痪或中风的闭锁患者建立沟通机制。这种技术还可以协助绘制脑电图,帮助神经学家实时识别对应某种类型信息时所处的大脑位置。
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