A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control

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作者
Sean L. Metzger,Kaylo T. Littlejohn,Alexander B. Silva,David A. Moses,Margaret P. Seaton,Ran Wang,Maximilian E. Dougherty,Jessie R. Liu,Peter Wu,Michael A. Berger,Inga Zhuravleva,Adelyn Tu-Chan,Karunesh Ganguly,Gopala K. Anumanchipalli,Edward F. Chang
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:620 (7976): 1037-1046 被引量:132
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06443-4
摘要

Speech neuroprostheses have the potential to restore communication to people living with paralysis, but naturalistic speed and expressivity are elusive1. Here we use high-density surface recordings of the speech cortex in a clinical-trial participant with severe limb and vocal paralysis to achieve high-performance real-time decoding across three complementary speech-related output modalities: text, speech audio and facial-avatar animation. We trained and evaluated deep-learning models using neural data collected as the participant attempted to silently speak sentences. For text, we demonstrate accurate and rapid large-vocabulary decoding with a median rate of 78 words per minute and median word error rate of 25%. For speech audio, we demonstrate intelligible and rapid speech synthesis and personalization to the participant’s pre-injury voice. For facial-avatar animation, we demonstrate the control of virtual orofacial movements for speech and non-speech communicative gestures. The decoders reached high performance with less than two weeks of training. Our findings introduce a multimodal speech-neuroprosthetic approach that has substantial promise to restore full, embodied communication to people living with severe paralysis. A study using high-density surface recordings of the speech cortex in a person with limb and vocal paralysis demonstrates real-time decoding of brain activity into text, speech sounds and orofacial movements.
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