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脑机接口里程碑:全球首次实现言语与手势同步解码,让瘫痪患者可以“边说边比划”

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人类的交流,几乎从来不是"单声道"的。一个人说"请坐"时,手往往已经抬起;答一句"还行"时,头可能正轻轻点着。语言、手势、表情叠加在一起发生,是健康人毫不费力的事。但对严重瘫痪者,这套叠加的表达被切断了。

过去二十年的脑机接口,大体也在做同一道"单选题":要么把脑信号翻译成语言,要么翻译成动作。几乎团队在探讨一个问题——能不能用同一套系统,把"说"和"动"同时解出来?

9月14日,加州大学旧金山分校EdwardChang团队在《自然·神经科学》上第一次给出了肯定的答案。他们在一块植入大脑表面的电极阵列上,并行运行言语和手势两套解码器,让参与者一边"说出"句子,一边"挥动"一个全身的虚拟化身。





图1:单块高密度 ECoG 电极阵列同时采样言语与手势相关皮层信号,驱动全身虚拟化身

这项工作属于 UCSF 的 BRAVO 临床试验("BCI Restoration of Arm and Voice",2018 年启动)。Chang 团队此前最出名的一步,是 2023 年发表在《自然》上的"数字脸"——让患者用脑信号驱动一张虚拟面孔开口说话。这一次,他们把表达从一张脸,扩展到了整个身体。



图2:通过脑电信号驱动数字脸开口说话。

01

过去二十年的脑机接口,一直在做"单选题"

先看这件事为什么一直没人做。表面上是工程问题:言语和动作解码需要各自的模型和数据。但更深一层,是领域里一个由来已久的默认预期——说话和比划,用的都是运动皮层上相邻的脑区,信号本来就纠缠在一起;同时解码,两种信号很可能会互相干扰、互相稀释。

这个担心不是没来由。此前用皮层内微电极做的研究就发现:一边说话一边控制光标,言语会让光标控制变差,光标控制也会削弱言语信号。既然连"说话 + 光标"都打架,"说话 + 手势"只会更难。于是大家心照不宣地绕开了它——一个最接近"自然交流"的场景,恰恰成了 BCI 最薄弱的空白。

在该研究中,研究人员指向两类患者:渐冻症(ALS)和脑干卒中。对这些患者,眼下所谓"标准照顾"是眼动追踪转文字——慢、费劲、能表达的形式有限。健康人不假思索的"边说边比划",对他们是奢侈品。

这次研究纳入 3 名重度瘫痪参与者:两位因脑干卒中失去清晰言语和四肢活动能力,一位因 ALS 逐渐失去可懂言语。其中一人(Bravo-3)在后续阶段退出,完整跑通全身化身的,是另外两人(Bravo-1r 和 Bravo-6)。

02

一个被推翻的默认预期

装置本身不算颠覆:高密度 ECoG,一种贴在(感觉)运动皮层表面的薄片状电极阵列,其中一位参与者的阵列有 253 个通道、相邻只隔 3 毫米。它记录皮层表面成千上万神经元叠加出的场电位,交给机器学习模型翻译成指令,驱动全身虚拟化身。

真正的发现,藏在数据里。团队做了个对照:一组模型只用"单独说话"或"单独比划"的数据训练,另一组混入了"边说边比划"的数据。结果很清楚——只见过单独动作的模型,一到同步场景就明显掉链子;两种数据都见过的模型,在单独和同步场景下都能保持高准确率。





图3:言语与手势在运动皮层上"部分重叠"的电极活动图谱

原因在于,言语和手势在运动皮层上的表征并非泾渭分明,相当一部分电极对两者都响应。只按单独动作训练时,模型学会的是"这片区域 = 说话、那一片 = 挥手";可两者同时发生时,重叠区域的信号模式变了,旧经验不再适用。换句话说,想让机器处理好"边说边比划",得先让它"见过"人真实交流的样子。

还有一步更细的工程。两个解码器并行时容易互相"抢话"——你在说话,手势解码器却可能误以为你在挥手。团队的对策,是给每个模型加一个"休息"类,并用"另一模态的动作"作反例来训练,把两种误报都压了下去。



图4:言语与手势解码准确率对比

研究人员比较了言语与手势解码准确率,如上图所示,在同步解码的离线测试里,ALS 患者 Bravo-6 言语准确率约 77.5%、手势约 68.8%;脑干卒中的 Bravo-1r 分别约 84.0% 和 88.3%。在更接近真实的对话环节,Bravo-1r 在三个区块里言语和手势中位准确率都达到 100%,Bravo-6 手势约 85%、言语约 75%——而这些任务靠猜的正确率只有约 9% 到 20%。

03

从研究到实用,还差几步

实际上,这一步离产品还有一定的距离。因为样本只有 3 人,跑通全身化身的只有 2 人;词汇和手势集也很小,最多的 Bravo-6 不过 10 个短语、10 个手势,共 100 种组合。研究人员自己也在论文中表示:要真正可用,得纳入更多参与者、用大得多的词库验证,还要降低延迟。更现实的是,系统目前仍是有线的——电极信号要经一根穿过头皮的底座,接到外部处理器。



图4:实时对话范式下,虚拟化身按解码结果一边"说话"一边"挥手"

中文读者还会在意一个差距:UCSF 这套解的是英语,而汉语单音节为主、还要区分声调,难度更高。据公开报道,华山医院联合中科院上海微系统所、脑虎科技等团队 2025 年 11 月实现了中文全音节高精度实时解码,394 个常用音节准确率约 71.2%,语句输出约 49.6 字/分钟——两条路都还很长,但方向一致。

04

行业的尺子从准确率到自然感

过去,脑机接口公司比的是每分钟输出多少字、拼写准确率几个百分点——那更像在考核一台输出设备,而不是还原一个人。这项研究其实提出了另一把尺子:交流的自然程度。能不能边说边点头、边比划边讲,让瘫痪者重新拥有那种只属于"活人"的自然感?

而这“自然感”也逐渐成为趋势。

几乎在同一周,美国Paradromics 公司宣布,它植入的第一位运动神经元病患者已能用脑机接口"自己挑词"、回答开放式问题,并在直播通话里和孙女对话(据官方新闻稿)。这家走全植入、皮层下单神经元分辨率路线,与 UCSF 不同,却指向同一件事:让失语者真正说出自己想说的话,而不是从固定菜单里选。

当"自己挑词、实时成句、边说边比划"开始密集出现在论文和公司通稿里,说明行业竞争焦点正从"我解码得准不准",挪向"你交流得自不自然"。这不是参数迭代,而是产品逻辑的重写。

脑机接口最动人的地方,从来不是技术本身的炫酷,而是它想还给人的,恰恰是我们觉得最不值一提、却最定义"人"的东西——张嘴就来、边说边比划的那种自然。

未来把"同步训练"这套思路,一通道一通道地推广到更多语种、更多手势上去。到那一天,这种自然的交流才算真正落地。

通讯作者



Edward Chang 是 UCSF 神经外科医生、Joan 与 Sanford Weill 讲席教授,2020 年入选美国国家医学院,2025 年入选美国国家科学院。

参考资料:
1.Brosler, S. C., Liu, J. R., Silva, A. B. et al. Simultaneous speech and gesture decoding for multimodal communication in paralysis. Nature Neuroscience (2026).https://doi.org/10.1038/s41593-026-02446-2
2.NIH News Release: Neuroprosthesis for paralysis enables simultaneous speech and body language. 2026-09-14.https://www.nih.gov/news-events/news-releases/neuroprosthesis-paralysis-enables-simultaneous-speech-body-language
3.News-Medical: New brain computer interface restores simultaneous speech and physical gestures. 2026-09-15.https://www.news-medical.net/news/20260915/New-brain-computer-interface-restores-simultaneous-speech-and-physical-gestures.aspx
4.网易/大湾区发展网:《当大脑学会"说话",AI 让科幻加速照进现实》(中文全音节解码 71.2%、49.6 字/分钟等数据,据公开报道). 2026-09-15.https://59188saintaubert.com/dy/article/L6SPAKK50511PVPC.html



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