肌萎縮側索硬化癥（ALS）等神經系統疾病會阻斷大腦與肌肉之間的連接，導致患者出現運動障礙和言語困難。ALS會逐步損壞上下運動神經元，雖然不會影響認知能力，但會導致四肢癱瘓和嚴重的言語障礙。

腦機接口通過直接讀取大腦的神經信號，繞過了大腦與身體之間的通信障礙。許多BCI系統利用背側運動皮層的神經活動來解碼信號，幫助用戶通過想象運動來控制光標。與此不同，語音腦機接口（BCI）依賴于腹側中央前回的信號，該區域與面部運動和言語表達有關。解碼這些信號能夠實現語音通信，但是否能支持計算機控制和運動控制仍未確定。

同時植入背側和腹側區域的設備在手術上被認為不太可行，因此患者和醫生必須在光標控制和語音解碼之間做出選擇。為了解決這個問題，研究人員在《Journal of Neural Engineering》上發表了一項研究，測試了一個單一植入點是否能同時支持光標控制和語音解碼。

在這項研究中，一位45歲的ALS患者參與了實驗。他四肢癱瘓，且言語不清。所有的實驗都在患者家中進行，研究團隊通過手術將四個64電極陣列植入該患者的腹側中央前回。術前的MRI掃描幫助確定了電極的位置。

游標BCI原理圖。Credit: Tyler Singer-Clark et al

T15大腦的三維重建（左圖），被植入的猶他陣列位置（黑色方塊）和大腦區域（洋紅色，綠色，藍色區域）覆蓋。通過術前MRI掃描，將T15的大腦與人類連接組計劃皮層圖譜對齊，估計腦區域。

該系統通過每秒30,000次的采樣頻率，并使用帶通濾波器處理250至5000Hz的神經信號。通過計算每個電極的閾值交叉點和尖峰帶功率，這些信號被轉化為特征向量，用于輸入解碼系統。

為了評估系統的表現，研究人員設計了三種任務：Radial8校準、網格評估和語音與光標同步。系統通過一個線速度解碼器控制光標移動，并通過一個分類器解碼點擊事件。解碼器不斷根據反饋進行調整，更新速度和點擊分類的權重。

T15 通過神經控制其個人電腦上的鼠標光標的視圖。

實驗結果顯示，患者在啟動系統后僅40秒就通過神經控制成功點擊了第一個目標。在優化后的實驗中，患者能夠以每秒2.90比特的速度高效控制光標，雖然初期實驗時速度較慢，每秒1.67比特。最高記錄的速度為每秒3.16比特。每秒1比特代表患者每分鐘能進行多次準確選擇，數值越高，控制的速度和精度就越好。

在1,263次實驗中，患者成功選擇了1,175個目標，準確率為93%。盡管出現了88次錯誤選擇，且沒有超時的實驗，但所有四個電極陣列都能有效解碼點擊信號，尤其是一個位置合適的陣列對光標解碼貢獻最大。

光標控制受到同時發言的影響

在語音與光標控制同時進行的實驗中，患者的目標獲取時間中位數增加到4.51秒，而沒有語音的實驗中為3.37秒到3.51秒。雖然語音生成會稍微干擾光標控制，但并未影響后續操作。通過進一步改進解碼器設計，可以減少這種干擾，提升未來的可用性。

這項研究表明，單一植入點就能支持家庭環境中的溝通和計算功能，為未來多模態腦機接口系統的可行性提供了概念驗證。對于那些認知功能完好但無法使用肢體或言語的患者，能夠同時提供計算機光標控制和語音解碼的腦機接口，有助于恢復重要的溝通能力，提升獨立生活能力，并顯著提高生活質量。

參考文獻：

Tyler Singer-Clark et al, Speech motor cortex enables BCI cursor control and click, Journal of Neural Engineering (2025). DOI: 10.1088/1741-2552/add0e5.

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