《自然》杂志同期发表了两篇脑机接口技术（BCI）的重磅论文，为我们带来了前沿领域的最新进展。 这项研究使用了植入的微电极阵列（MEA）识别受试者说话时口面动作相关的脑区神经信号，经机器学习模型解码，最终令受试者可以以每分钟62词的速度与人交流，这是以往同类技术最高速度的3倍，已经大大接近了无语言障碍者的自然交流速度（160词/分钟） 。
另一项研究则利用了皮层电描记术（ECoG）来记录控制口腔和面部肌肉的运动皮层神经活动，同样以机器学习解码，其交流速度达到每分钟78词，而且该技术还允许虚拟形象根据神经活动模拟出说话者的口型和面部表情，提供了交流中的视觉反馈，大大丰富了受试者的交流能力。左为ECoG脑机接口，右为MEA脑机接口
脑机接口的发展其实已经铺垫多年。
1969年，人类首次在恒河猴中证明，通过训练可以增加单个神经元的活动，以实现特定的行为。
20世纪90年代末，人体试验开始了。人类首次将电极植入了一名因肌萎缩性侧索硬化症（ALS）引起闭锁综合征的患者神经元。
2006年，毫米级的微电极阵列（MEA）出现了，它被植入一名脊髓损伤患者的大脑中。MEA能够记录运动皮层中数百个神经元的活动，从而控制机械手臂。也是从那时候开始，人们尝试使用MEA来解码写字过程中的手部运动，完成语言交流的任务。
同时，脑电图（EEG）及其衍生技术也在蓬勃发展。1999年开始，脑电图就被用于记录大脑活动，并通过自定义的拼写软件来协助瘫痪者交流。在此基础上，放置于大脑皮层表面的电极能够比头皮电极获得更高质量的信号，由此，皮层电描记术（ECoG）诞生了。
MEA和ECoG两项技术成为了脑机接口的基础。如今，有约50名不同程度的瘫痪患者能够通过脑机接口进行交流。
ECoG脑机接口的电极与MEA有所不同，它是一片面积更大的硅基电极，上面集成了253个ECoG电极，每一个都能记录数千个神经元的平均活动。
ECoG脑机接口植入在感觉运动皮层的左侧“面部区域”，这里控制口腔和包括声道在内的面部肌肉。参与试验的受试者在17年前因中风瘫痪，如今已经无法清晰说话。
解码同样通过循环神经网络（RNN）进行，当将大脑活动解码为文本时， 在一个1024词的词库背景下，交流速度可达每分钟78词，错误率25.5% ；当将大脑活动直接解码为合成语音，1024词库背景下错误率为54.4%，对于一个较小的仅有119词的词库，错误率能够降低到8.2%。 此外， ECoG脑机接口能够解码表情，为文本或语音配上视觉反馈，提高受试者的交流能力 。
两篇论文带来的新技术不失为脑机接口的里程碑进展，不过仍旧有许多问题等待下一步研究解答。例如两项技术都通过识别受试者的口头表达运动来解码语言，这两位患者均有微弱的语言能力保留，但对于那些病情更加严重的患者是否有用还未可知；而脑机接口目前仍然无法做到“无线”，如何在未来取消患者头顶的“天线”也是个非常值得探究的方向。
参考资料：
[1]Willett, F.R., Kunz, E.M., Fan, C. et al. A high-performance speech neuroprosthesis. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06377-x
[2]Metzger, S.L., Littlejohn, K.T., Silva, A.B. et al. A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06443-4
[3]https://www.nature.com/articles/d41586-023-02546-0
