當(dāng)一個人的額葉受損，即使知道自己想表達(dá)什么，也無法說出自己的意圖時，就會出現(xiàn)布洛卡失語癥。

過去用于恢復(fù)語音的腦機(jī)接口主要集中在對來自語言運(yùn)動皮層的語音信號進(jìn)行解碼。一些研究顯示，言語運(yùn)動皮層以外的一些信息，如頂葉和顳葉的信息，也可能對腦機(jī)接口有用。使用額葉以外信息的能力不僅對鎖定綜合癥患者有用，對額葉受損的患者也很有用，因為額葉受損可導(dǎo)致非流利性失語癥或語言障礙。然而，顳葉和頂葉主要參與感知語音的處理和理解。因此，要在語音腦機(jī)接口中使用這些區(qū)域的信號，就必須確定它們是否與發(fā)音有關(guān)。

在這項研究中，科學(xué)家們首次確定了額葉以外的大腦區(qū)域——特別是顳葉和頂葉皮層——與說話意圖有關(guān)。這項研究將于2月13日發(fā)表在《神經(jīng)工程學(xué)雜志》上。

這一發(fā)現(xiàn)對腦機(jī)接口的發(fā)展至關(guān)重要，它可以確保只對有意表達(dá)的語音進(jìn)行解碼，同時保護(hù)那些無意說出的私人想法。

01

失語：布羅卡失語癥的掙扎

想象一下，看到一只毛茸茸的四腳動物在“喵喵”叫。在心理上，你知道它是什么，但“貓”這個詞卻卡在了你的舌尖上。

這種現(xiàn)象被稱為布羅卡失語癥或表達(dá)性失語癥，是一種影響人說話或書寫能力的語言障礙。雖然目前最常用的治療方法是語言治療，但美國西北大學(xué)的科學(xué)家們正在研究一種不同的、可能更有效的治療方法：使用腦機(jī)接口（BCI）將大腦信號轉(zhuǎn)換成口語。

任務(wù)設(shè)計示意圖

這個過程的第一步是確定腦機(jī)接口應(yīng)該從大腦的哪個部位進(jìn)行記錄，以解碼某人想要說的話。

目前，腦機(jī)接口設(shè)備僅用于因ALS或腦干中風(fēng)而癱瘓的患者，這使得他們無法移動或交流。在這些患者中，腦機(jī)接口記錄來自額葉的信號。但布洛卡失語癥最常發(fā)生在中風(fēng)或腦腫瘤后，它是由大腦額葉受損造成的，而大腦額葉是產(chǎn)生語言和處理部分語言的地方。因此，為了幫助布洛卡失語癥患者，科學(xué)家可能需要記錄來自大腦其他區(qū)域的信號。

02

與言語意圖有關(guān)的大腦區(qū)域

科學(xué)家們首次確定了大腦前葉外與產(chǎn)生語言意圖有關(guān)的區(qū)域。來源：西北大學(xué)

研究人員利用顱內(nèi)記錄尋找證據(jù)，以確定在顳葉和頂葉皮層中是否、何時以及在何處可以找到與語音意圖相關(guān)的神經(jīng)信息。

通過顱內(nèi)記錄，研究人員檢查了顳葉和頂葉皮層的神經(jīng)活動，以確定與語音意圖相關(guān)的信號，并利用因果信息將言語意圖與靜息狀態(tài)和其他語言相關(guān)過程（如理解和工作記憶）區(qū)分開來。他們還對神經(jīng)信號的空間分布和時間動態(tài)進(jìn)行了分析，以確定它們與語音生成的相關(guān)性。

代表性電極上與發(fā)聲一致的高伽馬（HG）活動

通訊作者、西北大學(xué)范伯格醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)教授Marc Slutzky博士說：“這是很小的一步，但卻是必要的一步。我們的研究表明，這些非額葉區(qū)域確實(shí)包含了有關(guān)某人說話意圖的信息，使我們能夠區(qū)分他們什么時候要說話，什么時候不說話，或者只是在想一些他們不想大聲說的話。”

03

倫理考慮：思維解碼與語音解碼

這些早期的發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家最終為布洛卡失語癥患者設(shè)計腦機(jī)接口，以區(qū)分某人的語言相關(guān)信息是與語言產(chǎn)生有關(guān)，還是與語言感知（包括理解）有關(guān)。

Marc Slutzky表示：“重要的是，不要解碼用戶不打算大聲說出來的想法，這既是出于實(shí)際考慮，也是出于可能引發(fā)的倫理問題考慮。”

雖然我們的目標(biāo)是有朝一日能為失語癥患者服務(wù)，但這項研究的對象是沒有語言障礙的患者。

科學(xué)家們記錄了9名癲癇或腦腫瘤患者大腦皮層表面的電信號。這些電極陣列要么被植入癲癇患者體內(nèi)，作為手術(shù)前癲癇發(fā)作監(jiān)測的一部分，要么被暫時放置在手術(shù)室的大腦上，而患有腫瘤的患者則進(jìn)行清醒的腦部手術(shù)和繪圖。

然后，在研究人員記錄他們的大腦信號（稱為皮質(zhì)電圖或ECoG）時，患者要么大聲朗讀監(jiān)視器上的單詞，要么保持沉默（休息）。

這項研究的下一步將是解碼這些病人實(shí)際上說了什么。

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