患有肌萎缩侧索硬化症（ALS）的凯西·哈勒尔（Casey Harrell）脑中植入了一组电极，至今已近三年。哈勒尔因ALS瘫痪，2023年，在研究团队的帮助下，他首次使用脑机接口（BCI）"说出"句子。
自那以后，哈勒尔已使用该设备数千小时。在护理人员帮助他"接入"系统后，他可以基本独立使用该设备。他的团队为其添加了新功能，哈勒尔还用它上网冲浪并继续工作。
"患有ALS这类疾病，人们认为你应该降低期望。但我没有，"哈勒尔告诉《麻省理工科技评论》。"其中任何一项改进都堪称天赐福音。而同时拥有所有这些改进，以及更多，绝对是革命性的。"
研究团队今天在《自然医学》杂志上报告称，在设备植入后的前22.6个月内，哈勒尔在没有研究人员在场的情况下，在家中使用该设备超过3800小时。"他是语音BCI的首位重度使用者，"加州大学戴维斯分校的神经工程师、团队成员谢尔盖·斯塔维斯基（Sergey Stavisky）表示。
解码语音
三年前，哈勒尔将他的大脑托付给了加州大学戴维斯分校神经外科副教授大卫·布兰德曼（David Brandman）及其同事。当时45岁的哈勒尔已被诊断患有ALS，这是一种使人们丧失肌肉使用能力的退行性疾病。
哈勒尔需要依靠他人来控制轮椅、穿衣和进食。他说话困难；人们很难理解他在说什么。随后，布兰德曼和他的同事问他是否愿意试用可能帮助他沟通的脑植入物。"当时行业正处于转型的边缘，我想参与其中，"哈勒尔说。他报名参加了试验。
2023年7月，在一次五小时的手术中，医生将四组各含64个电极的阵列植入他的大脑。每对电极阵列连接到一个"基座"连接点——在颅骨外部创建两个对接位置，以便将电极连接到计算机。
该团队长期以来一直致力于开发将脑活动解码为语音的算法。他们的系统通过记录言语运动皮层的活动来工作——这是大脑中负责使我们能够说话的运动区域。
"有39个音素构成了[美式]英语中的所有声音，"加州大学戴维斯分校的团队成员、神经工程师尼古拉斯·卡德（Nicholas Card）说。绘制与产生每个音素相关的神经活动图，使团队能够创建个性化的语音解码器和软件，可以"说出"这些单词。"我们首先从脑数据到音素，然后从音素到单词，"他说。
他们在手术后约一个月开始使用该设备。卡德表示，团队在第一天就成功让哈勒尔的语音解码器工作。在8月的那天，哈勒尔使用该设备以50个单词的词汇量说话，99.6%的单词都如他所愿。该词汇量后来扩展到12.5万个单词，准确率达97.5%。
当时，尚不清楚该设备能使用多长时间。脑机接口仍属新事物——很少有人长期植入此类设备。例如，疤痕组织可能会在人的大脑周围形成，干扰其捕捉神经活动的能力。但对哈勒尔而言似乎并非如此。
重度使用者
另一项进展是，哈勒尔现在能够更独立地使用该设备。2023年，研究团队成员必须亲自到哈勒尔家中，在他想使用设备的日子为他连接和断开设备。但现在不需要了。团队已使系统更加自动化——如今，哈勒尔的护理伙伴可以为他穿戴上该设备。"他会醒来，接入系统，然后就开始使用，"斯塔维斯基说。
乌特勒支医学中心的BCI研究员玛丽斯卡·范斯蒂塞尔（Mariska Vansteesel）表示，这一点很重要，她未参与此次试验。"要使这些技术对患者有用，我们确实需要在它们最终将被使用的环境中测试它们……以证明它有价值、可用，并且在没有研究团队持续参与的情况下也能良好运作，"她说。
团队还致力于改进系统本身。斯塔维斯基表示，现在系统的准确率已达99%。哈勒尔还可以控制光标——这一改变使他能够使用个人电脑发送短信和电子邮件、上网冲浪，并继续担任环保活动家的工作。
多年来，团队已更新系统以满足哈勒尔的特定需求。他现在可以开启"隐私模式"——激活时，任何解码的文本将自动删除。当与年幼的女儿交谈时，他还可以选择使用"粗话过滤器"。
"我们能够在此设备的软件方面进行扩展……提高准确性并添加更多功能，使我能够更独立地使用该设备，"哈勒尔说。"可以说，我们是在边走边铺路，或者说，边滚动边铺路。"
绝非微不足道的革命
范斯蒂塞尔提醒说，虽然该设备对哈勒尔效果良好，但不能保证它对其他ALS患者也能同样好用或持续同样长时间。在过去的十年中，她曾与一位ALS患者合作，该患者使用完全植入的设备通过"脑点击"——即使用脑活动进行的光标点击——进行交流。这位女性使用她的BCI长达七年，但在该时期结束时停止工作，据信是由于脑部退化所致。
密歇根大学开发非侵入式BCI的简·哈金斯（Jane Huggins）表示，无论如何，并非所有ALS患者都愿意接受侵入性脑部手术，她未参与此次试验。"长期、独立使用高效准确的通信是BCI的圣杯，"她说。"但我们发现，像ALS这样的渐进性疾病患者普遍不愿住院。"
然而，哈勒尔称该设备"绝非微不足道的革命"。"这让我能够继续工作，为家人赚取收入和保险。这让我重新与那些因为害羞或害怕而不敢前来、因为听不懂我说话的朋友和家人建立联系，"哈勒尔说。"与我七岁的女儿，我能够建立以前无法建立的纽带。现在我可以为他们读书，帮助他们提高阅读技能。通过这样做，我能够与妻子分担育儿责任，她为我做了很多护理工作，也为我们的女儿做了很多。"
斯塔维斯基和他的同事们希望进一步改进该设备。"我们从不满足，"他说。一个目标是最终恢复哈勒尔的"完整声音"。他们正在开发一种"脑到语音"系统，可以直接将脑活动解码为说话声音，具有自然的语调、抑扬顿挫和音调——例如，可以听起来开心、生气或讽刺的声音。
"我曾暗暗相信我能从这个系统中获得一些个人好处，"哈勒尔说。"我从未想过自己会取得如此大的成就。"
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