上海交通大學(xué)教授呂寶糧談“情感腦機(jī)接口”：大語(yǔ)言模型的崛起可能挖出腦電密碼

每經(jīng)記者 林姿辰    每經(jīng)編輯 董興生    

根據(jù)WHO數(shù)據(jù)，全球有超過(guò)3.5億抑郁癥患者，基本上每20人中就有1人遭受抑郁癥的折磨。更遺憾的是，在重度抑郁癥患者中，有20%~30%的難治性抑郁癥患者面臨無(wú)藥可用、無(wú)醫(yī)可治的困境。

腦機(jī)接口技術(shù)可能在這條幽暗隧道中投下微光嗎？8月20日，在2023世界機(jī)器人大會(huì)上，上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系二級(jí)教授呂寶糧接受了包括《每日經(jīng)濟(jì)新聞》在內(nèi)的媒體采訪(fǎng)。目前，呂寶糧的團(tuán)隊(duì)正攜手上海瑞金醫(yī)院推進(jìn)“難治性抑郁癥腦機(jī)接口神經(jīng)調(diào)控治療臨床研究”。

呂寶糧 圖片來(lái)源：主辦方供圖

呂寶糧表示，目前，全球尚未發(fā)現(xiàn)抑郁癥的生物標(biāo)志物，但隨著傳感器和腦機(jī)接口等前沿技術(shù)的突破，基于多模態(tài)情感腦機(jī)接口技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)抑郁癥的客觀(guān)評(píng)估，ChatGPT等大語(yǔ)言模型的崛起，更是在探求抑郁癥“密碼”的道路上掀起了新的革命。

情感腦機(jī)接口臨床應(yīng)用需要個(gè)性化

在腦機(jī)接口研究領(lǐng)域，情感腦機(jī)接口是一個(gè)小眾課題，但腦深部電刺激（DBS）可以讓一個(gè)人的精神世界“起死回生”。

呂寶糧介紹，這種情感腦機(jī)接口的前身是一種神經(jīng)調(diào)控裝置——“腦起搏器”，多用于帕金森病的治療，后來(lái)被發(fā)現(xiàn)可以用于治療難治性抑郁癥。具體來(lái)說(shuō)，醫(yī)生會(huì)在患者胸腔內(nèi)植入腦起搏器，它連接著兩條電極，從胸前的裝置延伸到耳后，然后植入腦內(nèi)。當(dāng)腦起搏器發(fā)出電脈沖信號(hào)，通過(guò)電極刺激所在的神經(jīng)核團(tuán)時(shí)，抑郁癥狀會(huì)得到改善。

不過(guò)，這一腦機(jī)接口并非對(duì)所有患者都奏效，海外臨床研究也曾半途終止。呂寶糧認(rèn)為，DBS治療難治性抑郁癥效果不穩(wěn)定的主要原因有多方面，包括電極插入的大腦核團(tuán)不明確、電極需要進(jìn)一步微型化、電極“盲插”不易控制深度、患者間差異較大等。其中，患者的個(gè)體差異可能受性別、年齡、職業(yè)和文化程度等多種因素影響，這使得DBS用于難治性抑郁癥治療時(shí)，必須對(duì)DBS刺激參數(shù)和模式進(jìn)行個(gè)性化和優(yōu)化。

而這也是情感腦機(jī)接口區(qū)別于運(yùn)動(dòng)腦機(jī)接口面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，比如要設(shè)計(jì)適合不同人群的情感交互范式，要構(gòu)筑高精度的情感計(jì)算模型等。

“神經(jīng)科學(xué)的研究告訴我們，人類(lèi)大腦里不存在一種生理信號(hào)可以度量情緒，我們只能通過(guò)多種信號(hào)來(lái)推斷。”呂寶糧告訴記者，目前全球沒(méi)有發(fā)現(xiàn)抑郁癥的生物標(biāo)志物，基于量表進(jìn)行的診斷具有很強(qiáng)的主觀(guān)性，所以需要開(kāi)展多模態(tài)情感腦機(jī)接口的研究，把所有可穿戴設(shè)備能采集的信號(hào)（如腦電、眼動(dòng)、微表情、語(yǔ)音、呼吸、心率等）全部用上才能更加準(zhǔn)確。目前，呂寶糧實(shí)驗(yàn)室主要是通過(guò)采集腦電和眼動(dòng)這兩類(lèi)生理信號(hào)來(lái)識(shí)別抑郁癥患者的情緒。

“因?yàn)槿祟?lèi)情緒變化得沒(méi)有那么快，只要同步采集這兩種信號(hào)，它們之間就不會(huì)產(chǎn)生矛盾，多模態(tài)情感模型的識(shí)別率會(huì)更高，所以最好使用更多模態(tài)的信號(hào)。”呂寶糧說(shuō)。

國(guó)內(nèi)部分情感腦機(jī)接口研究領(lǐng)先全球

以ChatGPT為代表的大語(yǔ)言模型的風(fēng)行，讓呂寶糧嗅到了情感腦機(jī)接口“革命”的機(jī)會(huì)。他一直認(rèn)為，抑郁癥患者與健康群體的差異就是對(duì)同一情緒刺激產(chǎn)生了不同的反應(yīng)。隨著傳感器和腦機(jī)接口等前沿技術(shù)的突破，臨床上可以獲取豐富的生理信號(hào)，而深度學(xué)習(xí)特別是大語(yǔ)言模型，有望捋清生理信號(hào)與疾病間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

“語(yǔ)言是人的一種表達(dá)形式，腦電信號(hào)也是人類(lèi)大腦的一種信息表示形式。到目前為止，研究抑郁癥、癲癇等疾病的模型是相互獨(dú)立的，我們還沒(méi)有找到腦電信號(hào)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性，但我想它的本質(zhì)和自然語(yǔ)言一樣是存在的，只是過(guò)去我們沒(méi)有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力把它找出來(lái)。”

帶著這種猜想，呂寶糧實(shí)驗(yàn)室正在利用公開(kāi)的和實(shí)驗(yàn)室自己采集到的腦電信號(hào)訓(xùn)練大模型。盡管目前該模型只有五百萬(wàn)個(gè)參數(shù)，但其性能已經(jīng)超過(guò)了目前最好的深度學(xué)習(xí)算法。

“國(guó)內(nèi)侵入式腦機(jī)接口的研究與國(guó)外還存在一定的差距，但非侵入式情感腦機(jī)接口研究的差距很小，甚至在很多方面我們還是領(lǐng)先的。”呂寶糧舉例說(shuō)，根據(jù)2022年意大利一所大學(xué)發(fā)表的文章介紹，上海交通大學(xué)在2015年公開(kāi)的情感腦電數(shù)據(jù)集“SEED”中的兩個(gè)子集在全球的使用量已經(jīng)超過(guò)了50%，歐盟在2012年公布的DEAP數(shù)據(jù)集在全球的使用量占27%，其余所有數(shù)據(jù)集的使用量都小于5%。

不過(guò)，安全也是個(gè)重要問(wèn)題。從定義看，情感腦機(jī)接口包含兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是情緒識(shí)別或叫做情緒解碼，二是情緒調(diào)控。呂寶糧認(rèn)為，目前第一個(gè)任務(wù)多由可穿戴設(shè)備完成，非常安全。但第二個(gè)任務(wù)可能會(huì)面臨很多倫理問(wèn)題，諸如經(jīng)顱磁刺激（TMS）、經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）等臨床已有應(yīng)用的技術(shù)都可以使用。未來(lái)開(kāi)發(fā)抑郁癥治療的數(shù)字療法屬于情緒調(diào)控，需要考慮倫理等多方面的問(wèn)題。