中风18年，AI让她开口说话

刘阳

安·约翰逊使用带有反光点的眼镜，瞄准屏幕上的字母和单词

瘫痪18年的中风患者安，重新开口说话了—这一次，多亏了人工智能。

据英媒报道，加利福尼亚大学的研究人员正在开发一项新技术。这个系统能够让安通过屏幕上的“数字化身”进行交流，还能让其做出自然的脸部动作。

加州大学的科学家们希望，有朝一日能开发出一种获得美国食品药品管理局（FDA）批准的系统，让像安这样有认知能力但无法说话的病人，能够重新进行更自然的交流。

虽然人工智能在诸多领域备受争议，但不可否认，在医疗界，它已经为一些人带来了福音。

“一切都被夺走了”

18年前，也就是2005年的一个下午，30岁的安突然脑干中风，导致身体严重瘫痪。

当时，安不仅是加拿大的一名数学老师，还是萨斯喀彻温省几支运动队的教练。她刚结婚两年多，有一个13个月大的女儿，和一个8岁的继子，“但一夜之间，这场噩耗夺走了一切”。在接下来的五年里，安每天晚上都在担心，自己会睡着睡着突然就死了。

据报道，安患上了闭锁综合征（LIS），顾名思义，就是拥有完整的认知能力和感官能力，但失去了对全身肌肉的控制，她就像被关在一副无法行动的躯壳里。在刚刚瘫痪的时候，安甚至一度无法自主呼吸。时至今日，医生还是没有查出安突然中风的原因。

在接下来的几年里，安进行了大量的身体康复治疗，逐渐恢复了自主呼吸，脖子也能动了，慢慢从依赖进食管吃饭，过渡到独立吃较软或切碎的食物。一些面部肌肉也逐渐恢复，能够做出大笑、哭泣、微笑和眨眼等表情。

然而，18年来，做了诸多努力之后，安还是无法开口说话，一直在用眼动追踪器与外界交流，每分钟最多只能“打”出14个单词。她说：“在康复医院治疗时，语言治疗师完全拿我没办法。”

直到2021年，安看到了转机—她发现了加州大学旧金山分校神经外科主任爱德华·张的一项研究。

爱德华·张的研究对象名叫潘乔，也是个多年的瘫痪病人。爱德华的研究团队一直在尝试将他的大脑信号转化为文本—这是人们第一次成功从瘫痪且不能说话的人的大脑活动中，直接解码出了完整的信息。

然而，研究团队的愿景不止如此。他们希望将安的大脑信号转化为有声的话语，并用图像模拟安的面部动作，实现“自然地对话”。

自然地对话

按照目前的医疗技术，瘫痪患者只能依靠眼动追踪器等技术“拼”出单词。然而，脑机接口装置（BCI）即将重写因中风和肌萎缩性脊髓侧索硬化症等疾病而丧失说话能力的患者的人生。

研究人员在安的大脑表面与说话相关的区域植入了253个电极，拦截安在试图说话时产生的大脑信号—如果不是因为中风，这些信号本将传输到安的嘴唇、舌头、下巴、喉咙和脸部肌肉。这些电极通过电缆与电脑相连，而电缆的另一端则插在与安的头骨相连的端口上。

研究人员花了几周的时间，训练人工智能系统识别安脑内的语言信号。为此，安不断重复1024个常用单词中的不同短语，直到计算机识别出与所有基本语音相关的大脑活动模式。

安的3D模型头像

护理人员清洁脑机接口

人工智能利用了她大脑发出的信号，让“化身”模拟了安的面部肌肉运动。

研究人员创建了一个系统，训练人工智能以音素为单位来解码单词。正如字母组成了书面单词一样，音素组成了口语单词：例如，“Hello”就包含四个音素：“HH”“AH”“L”和“OW”。这样一来，计算机只需学习39个音素，就能破译所有的英语单词，并用ChatGPT的语言模型，将这些信号翻译成句子。这既提高了系统的准确性，又把它的速度提高了三倍。

加州大学团队开发的这项技术不算完美。一方面，该测试涉及500多个短语，在28%的情况下，系统的解码都是错误的；另一方面，系统生成文字的速度为每分钟78个单词，远不及自然对话中的110～150个单词。

但对于安来说，这已经比她目前使用的文字交流系统（每分钟只能生成大约14个单词）要快得多得多。加州大学旧金山分校研究员肖恩·梅茨格说：“假以时日，它将让安具备和我们一样快的交流速度。”

人工智能工具可以帮助估计感染情况和病菌对抗生素的耐药性。

研究人员还借助Speech Graphics公司开发的软件，制作了安的“化身”—一个留着短发的3D模型头像。他们创建了一个程序，使该软件与安说话时大脑发出的信号相对应，并将这些信号转换成她“化身”脸上的动作。

安的“化身”说话的声音，也具有安的特点。研究人员利用语言学习人工智能，根据她在2005年婚禮上的演讲片段，重新制作了她的声音，使“化身”的声音听起来和安受伤前的声音一样。同时，人工智能利用了她大脑发出的信号，让“化身”模拟了安的面部肌肉运动。

安在听到“自己”的声音时，大脑产生了奇妙的感觉，“就像听到了一位老朋友的声音”。

“我受伤时，女儿才1岁。她不知道我的声音是什么样的。”她希望，有一天，她的女儿也能听到自己的声音—而不是通信设备发出的、带有英国口音的僵硬的声音。

加州大学伯克利分校研究生凯洛·利特尔约翰说：“我们正在弥补她的大脑和声带之间因中风而中断的连接。”他们的下一个目标，是创建一个无线版本的系统，植入颅骨下方—一旦成功，安就不用再把头连接到电脑上了。

加州大学旧金山分校神经外科兼职教授、该研究的共同第一作者大卫·摩西在声明中说，让像安这样的人，通过这项技术自由控制自己的电脑和手机，将对他们的独立性和社会交往产生深远影响。

这项技术，也给安的人生带来了新的展望。她说，等慢慢康复后，她想成为假肢康复机构的辅导员，并用自己的经验来帮助他人。

AI能为医学做什么？

正如人们所看到的，人工智能，正在颠覆人们对医学的想象。

市场研究公司Market Viewresearch预测，到2030年，人工智能的年复合增长率将达到38%。世界卫生组织（WHO）也发布了一份咨询报告，呼吁“安全和道德的人工智能为健康服务”。

2021年1月12日，FDA发布了该机构首个基于人工智能/机器学习（AI/ML）的医疗器械软件（SaMD）的行动计划，以促进对AI/ML医疗设备的监管。

而与此同时，许多企业也已经将医疗人工智能纳入研究范围。

安的丈夫在给她喂食

谷歌的医疗AI问答机器人Med-PaLM2，已经开始在包括梅奥诊所在内的多家医院进行测试。有报道指出，谷歌这款产品“将撼动医疗行业”。

美国国际商业机器公司（IBM）和纪念斯隆·凯特琳癌症中心联合开发了用于肿瘤治疗的人工智能Watson Oncolog。埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink，则开发了一种将人脑与电脑连接起来的脑机接口芯片，以帮助瘫痪或严重脑损伤的人。

有专业人士预测，人工智能或将为医疗领域带来重大变革。从慢性病到癌症，从放射治疗到风险评估，AI都具有更精确、更高效的优势。在Partners Healthcare举办的2018年世界医疗创新论坛（WMIF）人工智能分论坛上，研究人员提出了未来十年内，最有可能受到人工智能重大影响的12项技术和医疗行业领域，其中就包括安正在使用的脑机接口装置。

Health IT Analytics指出，脑机接口装置可以极大地提高肌萎缩侧索硬化症、中风或闭锁综合征患者，以及全球每年50万脊髓损伤患者的生活质量。

在医疗领域的各个方面，人工智能似乎也是不可或缺的。抗生素的耐药性一直是一个全球性难题，仅艰难梭菌（与腹泻相关的病原体），每年就要让美国医疗系统花上大约50亿美元，并导致3万多人死亡，但人工智能工具可以帮助估计感染情况和病菌对抗生素的耐药性。

此外，医疗保健中，70%的决策都是基于病理结果做出的。因此，越早得到准确的诊断，治疗也能做得越好。这些都是人工智能在医学领域的“用武之地”。

人们对待人工智能的态度，是审慎的，也是充满期待的。安在恢复语言能力后說，终于再次觉得自己是个“活着的人”。

这大概就是人工智能作为工具的意义。

责任编辑吴阳煜 wyy@nfcmag.com