脑声交互电子仿真发音系统

徐成志

上海交通大学医学院附属第九人民医院

主治医师

1　概要描述

1.1　脑声交互电子仿真发音系统描述

随着生命信息科学技术发展，脑电波的精细捕捉及解读有了极大的进步，也已设计开发一些先进的脑电采集系统（见图1）；而大脑对于不同感知、不同表达（文字、声音、肢体等）均会在大脑的相应区域产生不同的生物电，该系统可以通过脑机接口、交互技术开发通过脑电进行精细选择的交互识别，分辨大脑表达的文字并进行智能输入，继而通过无线传输到由生物相容性材料制成的微型语音合成系统，该系统可根据发音损伤前的录音进行仿真模拟，植入喉部或颈部进行仿真发音（见图2）。

图1　脑电采集系统示意图^[1]

图2　脑声交互电子仿真发音系统工作流程图

1.2　脑声交互电子仿真发音系统的颠覆优势及技术难点

（1）与目前适应证相对单一的辅助发声设备不同，可以解决脑功能正常的患者几乎所有原因导致发声障碍，应用范围非常广。

（2）依托脑机接口技术的突破，借助无线传输，可以达到脑声同步，极大提高无障碍交流的社交价值。

（3）可以凭借既往录音达到发声仿真模拟，这是目前任何一种辅助发声手段都难以达到的。

1.3　脑声交互电子仿真发音系统的技术难点

（1）脑电波采集、识别需准确，能够快速分辨需要表达的指令信息。

（2）文字输出需要准确、迅速（由于发声并不需要准确的文字，拼音可以作为一种可采用的手段）。

（3）输入输出阶段需要高保真及无线传输，需要最大程度降低周围混杂信号干扰。

2　应用意义与前景

随着人类预期寿命的不断延长，由于头颈部肿瘤发病率的不断升高导致全喉切除、甲状腺等颈部手术致喉返神经损伤、车祸、高位瘫痪等原因，造成许多患者发音系统丧失或严重受损，目前主要的发音手段如电子喉、食管发声等存在发音失真、困难的缺点，食管发音钮费用高昂、需定期手术更换且有术后气管异物等多种并发症在世界范围还难以普及应用，在我国则更为匮乏。而这类患者往往处于需要关怀互动的虚弱生存阶段，丧失言语交流能力将严重危害该类人群的社交能力及社会价值，也极易导致抑郁症及自杀倾向，严重影响生活质量及生存时间。该系统可以极大程度地恢复患者发音，从生理及心理上重塑健康生活。当前脑机接口、交互技术处在不断进展的阶段，而无线传输、语音合成、生物相容性材料均已是较成熟的手段，如能加以有机结合，通过手术植入微型发音系统，对这类失语人群的生活质量的提高及社会价值的实现将有不可估量的作用。

【注释】

[1]https://emotiv.com/store/.