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不开口如何能讲话?

已有 4416 次阅读 2012-1-1 15:06 |个人分类:科普写作|系统分类:科普集锦| 大脑, 生理, 语音, 只能

不开口如何能讲话?

作者:夕诚

霍金的演讲

     说起霍金,想必大家应该都知道吧。他之所以闻名全世界,不仅仅是因为他卓越的学术成就,创造了科学上的奇迹,还有他那颗勇敢而坚强的心,在身患肌肉萎缩症不能说话不能动手的情况下,却依然活跃在科学的殿堂,创造了生命的奇迹。

     2006619,霍金第三次来中国,在北京人民大会堂做学术报告《宇宙的起源》。令我们感到好奇的是,既然他不能说话,又不能做手势,如何进行演讲呢?

     先前,霍金的身体还有三个指头能动,可以敲动键盘,选择自己想要表达的词汇。如今,他的病症愈发严重,身上唯一能动的地方就只有眼睛了。要想表达思想,也只能通过眼睛来实现,他利用眼球的上、下、左、右移动对其专用的计算机发出指令,从而进行文字处理。

     简单说来,其实是在霍金的眼镜上安装有一个红外线感应器,用以侦测眼部肌肉的活动,比如说,他想向大家说声“HELLO,就先用眼睛从屏幕上轮流出现的英文字中母中选择“H”,然后活动眼睛进行确定,计算机就会不断显示以“H”开头的单词,当“HELLO”出现时再活动眼睛确定,如此这般组词造句之后再让计算机将其转化成声音。可想而知,这样的速度有多慢,平均下来一分钟只能处理35个单词。好奇的人就该幻想了:如果能发明一种工具,让霍金想说什么我们就能直接看到什么那该有多好!

大脑信号变口语:你的心思我知道

     近日,一项新研究成果让我们看到了曙光。

     美国犹他大学的科学家对一位患有严重的癫痫症(即俗称的羊癫疯)患者做实验,将两组微电极阵列植入到该患者的大脑语言中枢上方,但并不植入,也就是说不穿透大脑物质,然后要求患者重复阅读十个英语单词:是、不、热、冷、饥饿、口渴、哈罗、再见、更多和更少。科学家们记录下他的大脑信号,完毕之后再仔细分析这些大脑信号分别代表十个单词中的哪一个。最后研究人员发现,每一个口语单词都会产生不同的大脑信号,而且他们能够较好地区区分每一个单词的大脑信号,每一次的准确率能够达到76%90%

     于是,他们得出结论:置于大脑语言中枢上的微电极可以捕捉到大脑的语言信号。尽管目前实验的准确率还不是很高,但对于未来的研究工作指明了方向,也给那些有清醒的意识却无法进行语言交流的病患者带来了希望。

     在此之前,有科学家试图通过分析大脑语言中心对应的头皮上的脑电波来来获取语言信息,但是由于信号太弱而未能成功。

     当然,要真正实现将大脑信号不通过嘴而直接变成口语语言还会需要数年的时间,但此次的实验已经成功地表明:将大脑信号解码为计算机发音的口语单词具有可行性。

    大家想一想,如果人类真的发明了这种工具,除了治病之外还有其他什么用途吗?当然有!如果我们用它来对犯罪嫌疑人进行测谎和审判,那效果可就非同小可了,虽然他不开口,或者是心口不一,我们照样能听到他脑子里在想什么,够厉害的吧?原文载于《少年科学》201107-08期。

 

图1:黄色的是传统电极,用于定位癫痫发作的源头。红色的是美国犹他大学的科学家使用的两组微电极阵列,每组阵列包括16个微电极,用于读取来自大脑的语言信号。

图2:图1的局部放大,较大的标有数字的电极是传统电极,白色的两组均为16个微电极成的电极阵列。

图3:微电极阵列,排列成4乘以4的模式,比一枚25美分的硬币还要小。



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