文献分享 | “读心术”或成现实?这项研究成果登上Nature!

2023年05月09日 阅读量:90

“读心术”听上去像是只会出现在文艺作品中的法术,在《神奇动物在哪里》中女主的妹妹奎妮擅长一种特殊的魔法——摄神取念,能通过眼神交流和极度集中来潜入对方的大脑,了解他们的想法,也就是“读心术”。

近日,哈佛团队在Nature发表了一项研究,展示了一种可以将大脑活动转换为持续语言输出的脑机接口,通过分析功能磁共振成像数据,它就能将参与者大脑中的故事甚至图像用语言描述出来。相比于传统神经解析工具,这项成果大大提高了识别效率和连续性。

该研究中的模型名CEBRA(音同zebra),是一种全新的人工神经网络模型,能够准确捕捉大脑活动的动态变化。在实验中,CEBRA从小鼠的大脑信号中几乎完美地提取了黑白电影的画面。团队成员表示,这个名字非常贴切,因为CEBRA可以把信息“条纹化”,就像斑马一样。

不过,这套AI工具并不是无中生有地展现小鼠脑中的画面,而是通过分析和解释行为/神经数据,然后解码来自视觉皮层的活动,从而获取结果。

在实验中,研究团队给50只小鼠播放了一段30秒的黑白电影剪辑片段,并将这个过程重复了9次,在小鼠看电影时,研究者就会把探针插进小鼠的大脑视觉皮层区域,收集它们的神经元活动信号。这个过程也就是脑机接口(BMI)。随后,研究团队训练CEBRA将神经信号与600帧的电影片段联系起来,建立起两者之间的映射。

有了前面9次观看的记忆巩固加强后,研究人员又让小鼠观看第10次,并收集了这一次观看时的大脑活动数据。基于以上大脑数据,研究人员测试了CEBRA在预测电影片段中画面顺序方面的能力。结果显示,CEBRA能够在1秒内以95%的准确率预测下一个画面。也就是说,在学习了小鼠视觉系统神经中的编码隐藏结构后,CEBRA可以在经过初始训练后,从大脑信号中预测看不见的电影帧。

论文一作Steffen Schneider表示,与其他算法相比,CEBRA在重建合成数据方面表现出色,这对比较算法至关重要。除此之外,它还能够跨不同模式组合数据,比如电影特征和大脑数据。它还有助于限制细微差别,比如收集数据收集方式对导致数据变化。

EPFL的Bertarelli综合神经科学主席兼该研究的PI Mackenzie Mathis表示:“这项工作朝着神经技术实现高性能BMI所需的理论支持算法,又迈出了一步。”

近些年来,全球的不少企业都开始了脑机相连相关实验。比如,国内的一些科研机构已经研发出脑机芯片,目前正在小白鼠身上开展实验;马斯克的公司也在进行脑机接口连接猪脑的实验。最近,加州大学旧金山分校的一个科研团队研发的脑机连接设备,首次将一位不能说话的瘫痪病人的脑电波转换成了完整的句子。也许,人类幻想中的“读心术”,正在慢慢变成现实。

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