中風18年，AI讓她開口說話

劉陽

安·約翰遜使用帶有反光點的眼鏡，瞄準屏幕上的字母和單詞

癱瘓18年的中風患者安，重新開口說話了—這一次，多虧了人工智能。

據英媒報道，加利福尼亞大學的研究人員正在開發一項新技術。這個系統能夠讓安通過屏幕上的“數字化身”進行交流，還能讓其做出自然的臉部動作。

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

雖然人工智能在諸多領域備受爭議，但不可否認，在醫療界，它已經為一些人帶來了福音。

“一切都被奪走了”

18年前，也就是2005年的一個下午，30歲的安突然腦干中風，導致身體嚴重癱瘓。

當時，安不僅是加拿大的一名數學老師，還是薩斯喀徹溫省幾支運動隊的教練。她剛結婚兩年多，有一個13個月大的女兒，和一個8歲的繼子，“但一夜之間，這場噩耗奪走了一切”。在接下來的五年里，安每天晚上都在擔心，自己會睡著睡著突然就死了。

據報道，安患上了閉鎖綜合征（LIS），顧名思義，就是擁有完整的認知能力和感官能力，但失去了對全身肌肉的控制，她就像被關在一副無法行動的軀殼里。在剛剛癱瘓的時候，安甚至一度無法自主呼吸。時至今日，醫生還是沒有查出安突然中風的原因。

在接下來的幾年里，安進行了大量的身體康復治療，逐漸恢復了自主呼吸，脖子也能動了，慢慢從依賴進食管吃飯，過渡到獨立吃較軟或切碎的食物。一些面部肌肉也逐漸恢復，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，一直在用眼動追蹤器與外界交流，每分鐘最多只能“打”出14個單詞。她說：“在康復醫院治療時，語言治療師完全拿我沒辦法。”

直到2021年，安看到了轉機—她發現了加州大學舊金山分校神經外科主任愛德華·張的一項研究。

愛德華·張的研究對象名叫潘喬，也是個多年的癱瘓病人。愛德華的研究團隊一直在嘗試將他的大腦信號轉化為文本—這是人們第一次成功從癱瘓且不能說話的人的大腦活動中，直接解碼出了完整的信息。

然而，研究團隊的愿景不止如此。他們希望將安的大腦信號轉化為有聲的話語，并用圖像模擬安的面部動作，實現“自然地對話”。

自然地對話

按照目前的醫療技術，癱瘓患者只能依靠眼動追蹤器等技術“拼”出單詞。然而，腦機接口裝置（BCI）即將重寫因中風和肌萎縮性脊髓側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的區域植入了253個電極，攔截安在試圖說話時產生的大腦信號—如果不是因為中風，這些信號本將傳輸到安的嘴唇、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間，訓練人工智能系統識別安腦內的語言信號。為此，安不斷重復1024個常用單詞中的不同短語，直到計算機識別出與所有基本語音相關的大腦活動模式。

安的3D模型頭像

護理人員清潔腦機接口

人工智能利用了她大腦發出的信號，讓“化身”模擬了安的面部肌肉運動。

研究人員創建了一個系統，訓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，音素組成了口語單詞：例如，“Hello”就包含四個音素：“HH”“AH”“L”和“OW”。這樣一來，計算機只需學習39個音素，就能破譯所有的英語單詞，并用ChatGPT的語言模型，將這些信號翻譯成句子。這既提高了系統的準確性，又把它的速度提高了三倍。

加州大學團隊開發的這項技術不算完美。一方面，該測試涉及500多個短語，在28%的情況下，系統的解碼都是錯誤的；另一方面，系統生成文字的速度為每分鐘78個單詞，遠不及自然對話中的110～150個單詞。

但對于安來說，這已經比她目前使用的文字交流系統（每分鐘只能生成大約14個單詞）要快得多得多。加州大學舊金山分校研究員肖恩·梅茨格說：“假以時日，它將讓安具備和我們一樣快的交流速度。”

人工智能工具可以幫助估計感染情況和病菌對抗生素的耐藥性。

研究人員還借助Speech Graphics公司開發的軟件，制作了安的“化身”—一個留著短發的3D模型頭像。他們創建了一個程序，使該軟件與安說話時大腦發出的信號相對應，并將這些信號轉換成她“化身”臉上的動作。

安的“化身”說話的聲音，也具有安的特點。研究人員利用語言學習人工智能，根據她在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，人工智能利用了她大腦發出的信號，讓“化身”模擬了安的面部肌肉運動。

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

“我受傷時，女兒才1歲。她不知道我的聲音是什么樣的。”她希望，有一天，她的女兒也能聽到自己的聲音—而不是通信設備發出的、帶有英國口音的僵硬的聲音。

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

加州大學舊金山分校神經外科兼職教授、該研究的共同第一作者大衛·摩西在聲明中說，讓像安這樣的人，通過這項技術自由控制自己的電腦和手機，將對他們的獨立性和社會交往產生深遠影響。

這項技術，也給安的人生帶來了新的展望。她說，等慢慢康復后，她想成為假肢康復機構的輔導員，并用自己的經驗來幫助他人。

AI能為醫學做什么？

正如人們所看到的，人工智能，正在顛覆人們對醫學的想象。

市場研究公司Market Viewresearch預測，到2030年，人工智能的年復合增長率將達到38%。世界衛生組織（WHO）也發布了一份咨詢報告，呼吁“安全和道德的人工智能為健康服務”。

2021年1月12日，FDA發布了該機構首個基于人工智能/機器學習（AI/ML）的醫療器械軟件（SaMD）的行動計劃，以促進對AI/ML醫療設備的監管。

而與此同時，許多企業也已經將醫療人工智能納入研究范圍。

安的丈夫在給她喂食

谷歌的醫療AI問答機器人Med-PaLM2，已經開始在包括梅奧診所在內的多家醫院進行測試。有報道指出，谷歌這款產品“將撼動醫療行業”。

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

有專業人士預測，人工智能或將為醫療領域帶來重大變革。從慢性病到癌癥，從放射治療到風險評估，AI都具有更精確、更高效的優勢。在Partners Healthcare舉辦的2018年世界醫療創新論壇（WMIF）人工智能分論壇上，研究人員提出了未來十年內，最有可能受到人工智能重大影響的12項技術和醫療行業領域，其中就包括安正在使用的腦機接口裝置。

Health IT Analytics指出，腦機接口裝置可以極大地提高肌萎縮側索硬化癥、中風或閉鎖綜合征患者，以及全球每年50萬脊髓損傷患者的生活質量。

在醫療領域的各個方面，人工智能似乎也是不可或缺的。抗生素的耐藥性一直是一個全球性難題，僅艱難梭菌（與腹瀉相關的病原體），每年就要讓美國醫療系統花上大約50億美元，并導致3萬多人死亡，但人工智能工具可以幫助估計感染情況和病菌對抗生素的耐藥性。

此外，醫療保健中，70%的決策都是基于病理結果做出的。因此，越早得到準確的診斷，治療也能做得越好。這些都是人工智能在醫學領域的“用武之地”。

人們對待人工智能的態度，是審慎的，也是充滿期待的。安在恢復語言能力后說，終于再次覺得自己是個“活著的人”。

這大概就是人工智能作為工具的意義。

責任編輯吳陽煜 wyy@nfcmag.com