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《自然》及子刊综览

文章来源:中国科学报 唐一尘???发布时间:2019-04-25??【字号:?????】??

  《自然》

  解码脑活动

  本周《自然》发表的一篇论文报告了一种可以将脑活动转化为语音的解码器。

  许多患有神经疾病的病人丧失了语言能力,需要依赖特定的通讯设备进行沟通,这类设备利用脑机接口或者头部/眼睛的非言语动作来控制光标选择字母,说出他们想说的话。但是,这个过程远远慢于正常的人类说话速度。

  美国加州大学旧金山分校的Edward Chang及同事利用与人类下颌、喉头、嘴唇和舌头动作相关的脑信号,开发出了一种人类语音合成系统。首先,他们在5名被试者大声说出几百个句子时,记录下他们的大脑皮层活动,然后据此设计了一种能够解码负责声道动作的脑信号系统。之后,他们便能够根据解码出的动作合成语音。在包含101个句子的试验中,听者可以轻松地识别并记录下合成的语音。

  在另外的测试中,一名被试者按要求说出句子,然后不出声地做出相同的发音动作。虽然无声言语的合成效果不如有声言语,但是作者认为仍有可能解码无声言语的特征。

  在相应的新闻与观点文章中,美国埃默里大学的Chethan Pandarinath等人表示,尽管作者完成了有力的概念验证,但是要使该系统真正成为一个临床可行的语音脑机接口还面临着许多挑战。

  相关论文信息:DOI: 10.1038/s41586-019-1119-1

  《自然》

  汉藏语系起源

  本周《自然》发表的一篇论文探讨了世界第二大语系的起源,为认识东亚人口的迁移带来了启示。

  汉藏语系是仅次于印欧语系的第二大语系。它包含逾400种语言和方言,如汉语、缅甸语和藏语,总使用人数达15亿左右。对于汉藏语系起源于何时何地,语言学家一直存在争议。“北方起源假说”认为它起源于大约4000至6000年前中国北方的黄河流域,而“西南起源假说”则认为它起源于至少9000年前的东亚西南部某地。

  研究人员对109种汉藏语系语言词汇中词语的字根意义进行了统计学分析,并总结认为这些语言应是在约5900年前出现分化,与“北方起源假说”相符。一般认为随着一组人向西迁入西藏、向南迁入缅甸,而另一组人向东和向南迁移而最终成为汉人,这些语言也分成了两个语族。以上发现符合语言随农业扩散的观点,而且扩散的时间点与考古证据相符——此前的考古证据揭示出独特建筑形式和陶器类型向南扩散的特征。

  相关论文信息:DOI: 10.1038/s41586-019-1153-z

  《自然—通讯》

  自驱动心脏起搏器

  《自然—通讯》发表的一篇论文,介绍了一种无需电池、可以收集心跳产生的能量的装置,并以此给心脏起搏器供能。这一装置被植入成年猪体内后,还能纠正窦性心律不齐。

  现有的心脏起搏器等植入式医疗器件主要依靠电池供能,这些电池不仅笨重坚硬,而且寿命较短。植入式自驱动能量收集器可用于生理调节,但目前只在能量需求较低的小型动物和细胞模型上进行过展示。

  研究人员开发了一种可植入式发电机,可以从心脏搏动中收集足够的能量,为商用起搏器供能。这个能量收集器具有良好的生物相容性和机械耐久性,另配有一个电源管理单元和一个起搏器。作者在猪体内证实,他们的这个可植入系统不仅可以进行心脏起搏,还能纠正窦性心律不齐,防止病情恶化(如窦性停搏和心室颤动),避免可能导致的死亡。

  这一系统尽管还需在尺寸、效率和长期生物安全性方面做进一步优化才能最终用于人体,但每次心动周期所收集的能量已经超过了人类心脏起搏所需要的能量。作者认为这一技术在组织工程、神经再生和干细胞分化等领域或具有广泛的应用前景。

  相关论文信息:DOI: 10.1038/s41467-019-09851-1




(责任编辑:侯茜)

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