中風(fēng)18年，AI讓她開口說話

劉陽(yáng)

安·約翰遜使用帶有反光點(diǎn)的眼鏡，瞄準(zhǔn)屏幕上的字母和單詞

癱瘓18年的中風(fēng)患者安，重新開口說話了—這一次，多虧了人工智能。

據(jù)英媒報(bào)道，加利福尼亞大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)。這個(gè)系統(tǒng)能夠讓安通過屏幕上的“數(shù)字化身”進(jìn)行交流，還能讓其做出自然的臉部動(dòng)作。

加州大學(xué)的科學(xué)家們希望，有朝一日能開發(fā)出一種獲得美國(guó)食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)的系統(tǒng)，讓像安這樣有認(rèn)知能力但無法說話的病人，能夠重新進(jìn)行更自然的交流。

雖然人工智能在諸多領(lǐng)域備受爭(zhēng)議，但不可否認(rèn)，在醫(yī)療界，它已經(jīng)為一些人帶來了福音。

“一切都被奪走了”

18年前，也就是2005年的一個(gè)下午，30歲的安突然腦干中風(fēng)，導(dǎo)致身體嚴(yán)重癱瘓。

當(dāng)時(shí)，安不僅是加拿大的一名數(shù)學(xué)老師，還是薩斯喀徹溫省幾支運(yùn)動(dòng)隊(duì)的教練。她剛結(jié)婚兩年多，有一個(gè)13個(gè)月大的女兒，和一個(gè)8歲的繼子，“但一夜之間，這場(chǎng)噩耗奪走了一切”。在接下來的五年里，安每天晚上都在擔(dān)心，自己會(huì)睡著睡著突然就死了。

據(jù)報(bào)道，安患上了閉鎖綜合征（LIS），顧名思義，就是擁有完整的認(rèn)知能力和感官能力，但失去了對(duì)全身肌肉的控制，她就像被關(guān)在一副無法行動(dòng)的軀殼里。在剛剛癱瘓的時(shí)候，安甚至一度無法自主呼吸。時(shí)至今日，醫(yī)生還是沒有查出安突然中風(fēng)的原因。

在接下來的幾年里，安進(jìn)行了大量的身體康復(fù)治療，逐漸恢復(fù)了自主呼吸，脖子也能動(dòng)了，慢慢從依賴進(jìn)食管吃飯，過渡到獨(dú)立吃較軟或切碎的食物。一些面部肌肉也逐漸恢復(fù)，能夠做出大笑、哭泣、微笑和眨眼等表情。

然而，18年來，做了諸多努力之后，安還是無法開口說話，一直在用眼動(dòng)追蹤器與外界交流，每分鐘最多只能“打”出14個(gè)單詞。她說：“在康復(fù)醫(yī)院治療時(shí)，語(yǔ)言治療師完全拿我沒辦法。”

直到2021年，安看到了轉(zhuǎn)機(jī)—她發(fā)現(xiàn)了加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)外科主任愛德華·張的一項(xiàng)研究。

愛德華·張的研究對(duì)象名叫潘喬，也是個(gè)多年的癱瘓病人。愛德華的研究團(tuán)隊(duì)一直在嘗試將他的大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為文本—這是人們第一次成功從癱瘓且不能說話的人的大腦活動(dòng)中，直接解碼出了完整的信息。

然而，研究團(tuán)隊(duì)的愿景不止如此。他們希望將安的大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為有聲的話語(yǔ)，并用圖像模擬安的面部動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)“自然地對(duì)話”。

自然地對(duì)話

按照目前的醫(yī)療技術(shù)，癱瘓患者只能依靠眼動(dòng)追蹤器等技術(shù)“拼”出單詞。然而，腦機(jī)接口裝置（BCI）即將重寫因中風(fēng)和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥等疾病而喪失說話能力的患者的人生。

研究人員在安的大腦表面與說話相關(guān)的區(qū)域植入了253個(gè)電極，攔截安在試圖說話時(shí)產(chǎn)生的大腦信號(hào)—如果不是因?yàn)橹酗L(fēng)，這些信號(hào)本將傳輸?shù)桨驳淖齑?、舌頭、下巴、喉嚨和臉部肌肉。這些電極通過電纜與電腦相連，而電纜的另一端則插在與安的頭骨相連的端口上。

研究人員花了幾周的時(shí)間，訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)識(shí)別安腦內(nèi)的語(yǔ)言信號(hào)。為此，安不斷重復(fù)1024個(gè)常用單詞中的不同短語(yǔ)，直到計(jì)算機(jī)識(shí)別出與所有基本語(yǔ)音相關(guān)的大腦活動(dòng)模式。

安的3D模型頭像

護(hù)理人員清潔腦機(jī)接口

人工智能利用了她大腦發(fā)出的信號(hào)，讓“化身”模擬了安的面部肌肉運(yùn)動(dòng)。

研究人員創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，訓(xùn)練人工智能以音素為單位來解碼單詞。正如字母組成了書面單詞一樣，音素組成了口語(yǔ)單詞：例如，“Hello”就包含四個(gè)音素：“HH”“AH”“L”和“OW”。這樣一來，計(jì)算機(jī)只需學(xué)習(xí)39個(gè)音素，就能破譯所有的英語(yǔ)單詞，并用ChatGPT的語(yǔ)言模型，將這些信號(hào)翻譯成句子。這既提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，又把它的速度提高了三倍。

加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)不算完美。一方面，該測(cè)試涉及500多個(gè)短語(yǔ)，在28%的情況下，系統(tǒng)的解碼都是錯(cuò)誤的；另一方面，系統(tǒng)生成文字的速度為每分鐘78個(gè)單詞，遠(yuǎn)不及自然對(duì)話中的110～150個(gè)單詞。

但對(duì)于安來說，這已經(jīng)比她目前使用的文字交流系統(tǒng)（每分鐘只能生成大約14個(gè)單詞）要快得多得多。加州大學(xué)舊金山分校研究員肖恩·梅茨格說：“假以時(shí)日，它將讓安具備和我們一樣快的交流速度?！?blockquote>

人工智能工具可以幫助估計(jì)感染情況和病菌對(duì)抗生素的耐藥性。

研究人員還借助Speech Graphics公司開發(fā)的軟件，制作了安的“化身”—一個(gè)留著短發(fā)的3D模型頭像。他們創(chuàng)建了一個(gè)程序，使該軟件與安說話時(shí)大腦發(fā)出的信號(hào)相對(duì)應(yīng)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成她“化身”臉上的動(dòng)作。

安的“化身”說話的聲音，也具有安的特點(diǎn)。研究人員利用語(yǔ)言學(xué)習(xí)人工智能，根據(jù)她在2005年婚禮上的演講片段，重新制作了她的聲音，使“化身”的聲音聽起來和安受傷前的聲音一樣。同時(shí)，人工智能利用了她大腦發(fā)出的信號(hào)，讓“化身”模擬了安的面部肌肉運(yùn)動(dòng)。

安在聽到“自己”的聲音時(shí)，大腦產(chǎn)生了奇妙的感覺，“就像聽到了一位老朋友的聲音”。

“我受傷時(shí)，女兒才1歲。她不知道我的聲音是什么樣的?！彼Ｍ幸惶?，她的女兒也能聽到自己的聲音—而不是通信設(shè)備發(fā)出的、帶有英國(guó)口音的僵硬的聲音。

加州大學(xué)伯克利分校研究生凱洛·利特爾約翰說：“我們正在彌補(bǔ)她的大腦和聲帶之間因中風(fēng)而中斷的連接。”他們的下一個(gè)目標(biāo)，是創(chuàng)建一個(gè)無線版本的系統(tǒng)，植入顱骨下方—一旦成功，安就不用再把頭連接到電腦上了。

加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)外科兼職教授、該研究的共同第一作者大衛(wèi)·摩西在聲明中說，讓像安這樣的人，通過這項(xiàng)技術(shù)自由控制自己的電腦和手機(jī)，將對(duì)他們的獨(dú)立性和社會(huì)交往產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

這項(xiàng)技術(shù)，也給安的人生帶來了新的展望。她說，等慢慢康復(fù)后，她想成為假肢康復(fù)機(jī)構(gòu)的輔導(dǎo)員，并用自己的經(jīng)驗(yàn)來幫助他人。

AI能為醫(yī)學(xué)做什么？

正如人們所看到的，人工智能，正在顛覆人們對(duì)醫(yī)學(xué)的想象。

市場(chǎng)研究公司Market Viewresearch預(yù)測(cè)，到2030年，人工智能的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到38%。世界衛(wèi)生組織（WHO）也發(fā)布了一份咨詢報(bào)告，呼吁“安全和道德的人工智能為健康服務(wù)”。

2021年1月12日，F(xiàn)DA發(fā)布了該機(jī)構(gòu)首個(gè)基于人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）的醫(yī)療器械軟件（SaMD）的行動(dòng)計(jì)劃，以促進(jìn)對(duì)AI/ML醫(yī)療設(shè)備的監(jiān)管。

而與此同時(shí)，許多企業(yè)也已經(jīng)將醫(yī)療人工智能納入研究范圍。

安的丈夫在給她喂食

谷歌的醫(yī)療AI問答機(jī)器人Med-PaLM2，已經(jīng)開始在包括梅奧診所在內(nèi)的多家醫(yī)院進(jìn)行測(cè)試。有報(bào)道指出，谷歌這款產(chǎn)品“將撼動(dòng)醫(yī)療行業(yè)”。

美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）和紀(jì)念斯隆·凱特琳癌癥中心聯(lián)合開發(fā)了用于腫瘤治療的人工智能Watson Oncolog。埃隆·馬斯克旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink，則開發(fā)了一種將人腦與電腦連接起來的腦機(jī)接口芯片，以幫助癱瘓或嚴(yán)重腦損傷的人。

有專業(yè)人士預(yù)測(cè)，人工智能或?qū)獒t(yī)療領(lǐng)域帶來重大變革。從慢性病到癌癥，從放射治療到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，AI都具有更精確、更高效的優(yōu)勢(shì)。在Partners Healthcare舉辦的2018年世界醫(yī)療創(chuàng)新論壇（WMIF）人工智能分論壇上，研究人員提出了未來十年內(nèi)，最有可能受到人工智能重大影響的12項(xiàng)技術(shù)和醫(yī)療行業(yè)領(lǐng)域，其中就包括安正在使用的腦機(jī)接口裝置。

Health IT Analytics指出，腦機(jī)接口裝置可以極大地提高肌萎縮側(cè)索硬化癥、中風(fēng)或閉鎖綜合征患者，以及全球每年50萬(wàn)脊髓損傷患者的生活質(zhì)量。

在醫(yī)療領(lǐng)域的各個(gè)方面，人工智能似乎也是不可或缺的?？股氐哪退幮砸恢笔且粋€(gè)全球性難題，僅艱難梭菌（與腹瀉相關(guān)的病原體），每年就要讓美國(guó)醫(yī)療系統(tǒng)花上大約50億美元，并導(dǎo)致3萬(wàn)多人死亡，但人工智能工具可以幫助估計(jì)感染情況和病菌對(duì)抗生素的耐藥性。

此外，醫(yī)療保健中，70%的決策都是基于病理結(jié)果做出的。因此，越早得到準(zhǔn)確的診斷，治療也能做得越好。這些都是人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的“用武之地”。

人們對(duì)待人工智能的態(tài)度，是審慎的，也是充滿期待的。安在恢復(fù)語(yǔ)言能力后說，終于再次覺得自己是個(gè)“活著的人”。

這大概就是人工智能作為工具的意義。

責(zé)任編輯吳陽(yáng)煜 wyy@nfcmag.com