用大脑信号“打字”，实现与他人交流

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在2009年，巴里•贝克（Barry Beck）经历了数次脑卒中的过程，这导致了他大脑右枕叶和脑干的广泛损伤。这位昔日的地质学家从此患上了“闭锁综合征”（locked-in syndrome）：他保持着清醒，但却无法移动身体或与别人交流。

尚-多米尼克•鲍比（Jean-Dominique Bauby）也是这样一位“闭锁综合征”患者，他通过眨眼选择字母的方式完成了自己的回忆录《潜水钟与蝴蝶》（Le scaphandre et le papillon）。随着该作与同名电影的传播，这种疾病逐渐为公众所知。

鲍比只能依靠眨眼传达自己的想法，而贝克又有了一个新的选择。在东田纳西州立大学“脑机接口实验室”（Brain-Computer Interface Laboratory）的帮助下，他可以通过大脑信号来“打字”，实现与他人的交流。

“脑机接口实验室”主任埃里克•塞勒斯（Eric Sellers）说：“当我第一次看到贝克时，他只有眼球能进行一些运动，而这就是他可以用来交流的唯一方式了。” 塞勒斯的实验室研究如何测量脑部活动，并用这些信号来控制电脑，这样可以帮助许多运动神经障碍的患者来与别人交流。

贝克的太太听说了塞勒斯的研究并联系上了他。在贝克发生脑梗的10个月后，塞勒斯和他的团队开始帮助这位患者，帮他建立起人脑与电脑的联系。塞勒斯把这项技术描述为一种模拟“键盘”：“基本上，这项技术就是利用你的脑电波来‘按’键盘，而不是用你的手。”

使用这一系统时，需要戴上一件非侵入性的电极“帽子”，并且坐在一个展示键盘图片的显示器前，屏幕上的字母会随机闪动。塞勒斯解释说：“如果你想选择字母A，你选择关注A这个字母，之后当每次A闪动时，你的大脑就会产生相应的反应。”这个反应的脑电信号被称为“P300”，它就好比是你的脑子在说：啊哈，这就是我想选择的字母。脑-机接口系统常会选择这个信号来判定人脑的选择。

“脑控”键盘演示。图片来自：ETSU Brain-Computer Interface Laboratory

这项技术此前就已经用来帮助“渐冻人”（肌萎缩性脊髓侧索硬化症，ALS）患者处理信息。它也可以帮助患者控制轮椅和义肢。而贝克是目前第一名成功使用了该技术的脑干损伤患者。近日，塞勒斯的研究团队将这项成果发表在了《科学•转化医学》（Science Translation Medicine）期刊上。

一开始，研究者在选择系统中只使用了4个字母——Y代表Yes，N代表No，P代表pass，E代表end。塞勒斯说，“我们与患者进行的第一项交流由25个问题组成，通过他对这些问题的回答，我们确定他希望得知更多关于自己预后的信息。”

在确认贝克可以使用这套系统之后，研究者们调试了系统，并加入了全套的字母表。这样一来，贝克就可以拼出完整的单词和句子了。

“贝克最初拼出的信息中有一条是给他太太的，内容是‘感谢你的辛劳工作’。” 塞勒斯说，“有些时候，他也会要求我让系统运行得更快一些。当然，我会告诉他，我正在尽全力尝试改进。”不过，这个系统现在看起来依然显得相当缓慢：贝克从中选出一个字母就要花上38秒时间。

为了让这台机器运转更快且更精确，塞勒斯进行了大量的工作。他的实验室已经进行了关于联想式拼写法的研究，这就像是很多智能手机中使用的输入法那样，系统会预测用户想要拼写哪些词。

通过这种方式表达想法相当辛苦，不过这对贝克而言依然是值得的。除了对他自身的帮助之外，这项工作也使他的家人深感欣慰。

塞勒斯的团队在贝克身边进行了13个月的工作。贝克于2011年11月去世，享年67岁。在去世之前，他对于这项技术的进步做出了巨大的贡献。

“参与我们研究的患者们知道，他们可能并不能从这项技术中获益。但他们也意识到他们能参与这些技术的改进，这对与他们情况相似的患者来说是非常重要的。”塞勒斯说。

塞勒斯设想，未来“脑机接口”可以应用于医院，服务于更多患者。他说：“如果患者经历某些损伤、车祸或者类似的意外，他们必须要插管，通过呼吸机来维持生命，你可以想象在这样的急诊室或者重症病房中，这项技术都可以发挥作用。”