《自然·神经科学》：哈佛团队开发脑机接口打字神经假体，帮助瘫痪患者实现与同龄人速度相当的信息输出！

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对于晚期肌萎缩侧索硬化症（ALS）、卒中和其他导致瘫痪的疾病的患者来说，失去沟通能力通常被认为是最具破坏性的症状之一。由于瘫痪患者的语言和手部灵巧控制严重受损，需要依赖辅助或替代性沟通设备，如目视追踪系统，但是这些设备存在速度慢、错误率高，需要频繁重新校准和护理人员协助，因此弃用率较高。

近年来，皮层内脑机接口（iBCI）技术迅速发展，已经可以实现语音/手写解码，作为替代性沟通设备。在今天的《自然·神经科学》杂志上，美国麻省总医院研究团队发表了一项新的研究成果[1]，他们开发了一种基于iBCI的QWERTY键盘打字神经假体，患者只需尝试做简单的手指动作，系统就可以解码动作的神经信号并映射到键盘按键上。

两例瘫痪患者在临床试验中成功使用了这个系统，打字的最高速度可达到110字符/分钟，约等于22个词/分钟，错误率仅为1.6%，接近健全人的水平。

两例参与者分别因ALS和脊髓损伤而瘫痪，前者在一侧皮层植入电极阵列，后者在双侧皮层都植入了电极阵列，记录的神经元放电活动，虽然参与者无法真正移动手指，但在尝试相应动作时产生的神经信号仍可以被记录到。

研究人员设计了三种基本的手指动作：上伸、下压和向掌心弯曲，分别对应键盘的上排、中排和下排，两只手的5根手指分别覆盖左右键盘，由此实现双手对完整30键（字母+空格+标点）的覆盖（如下图所示）。

解码算法方面，研究人员使用循环神经网络（RNN）实时解码神经信号，识别参与者尝试的动作类别，使用5-gram语言模型在字符序列层面进行纠错和预测。

5-gram即五词序列，模型会在大量文本语料库中统计五词组合的频率，当神经信号输出一些错误或者不完整的字母序列时，模型能够自动纠正可能的错误，例如神经信号输出“thw”时，模型会根据统计的频率推断这个词应该为“the”，从而提高输出内容的准确率。

在两例参与者中，第二例双侧皮层植入电极的参与者的的解码准确率为95%，高于第一例单侧植入者的81%，这说明双侧植入能够更好地区分左右手动作，“跨手混淆”错误减少。

系统在使用前的准备也很简单，使用者只需要先打大约30个句子作为校准，就可以建立基本的解码模型，后续随着使用的增加进行持续优化，逐渐提高打字速度和准确率。

双侧植入的参与者在首个试验日之后，错误率始终保持在12%以下，在所有会话的所有词语区块中都低于7%，部分甚至能够实现0%。并且经过一段时间锻炼，打字速度峰值达到110个字符/分钟，超过了此前基于手部运动iBCI的手写策略语言解码能达到的最高水平。

综上所述，这项研究展示了一种“盲打”神经假体，用于帮助瘫痪患者恢复沟通能力。研究人员指出，这个系统是迄今为止基于手部运动皮层解码的最快的iBCI沟通方法，110个字符/分钟的峰值速度比此前最新方法还要快20个字符/分钟，这一速度相当于每分钟22个词，约为患者同龄健全人智能手机打字速度（27.3词/分钟）的81%。

未来，研究人员希望进一步优化在不同瘫痪患者群体中的解码器和系统稳定性，并将该神经假体整合入通讯系统，以支持短信/电子邮件的通讯交互。

参考文献：

[1] Jude, J.J., Levi-Aharoni, H., Acosta, A.J. et al. Restoring rapid natural bimanual typing with a neuroprosthesis after paralysis. Nat Neurosci (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-026-02218-y

本文作者丨应雨妍