Non-contact optical decoding of multiple cortical language and auditory response states in Wernicke's area

几十年来，科学家们一直试图寻找一种无需接触大脑即可“倾听”大脑的方法。其目标是通过读取大脑表面在活动时产生的细微物理变化，来理解大脑如何处理语言、音乐和沉默。目前的各种方法，如脑扫描或放置在头皮上的电极，通常需要沉重的设备、直接的皮肤接触或长时间的设置，这使得它们在日常使用中并不实用。然而，一种依赖于光的新型方法已经出现。通过将激光照射到头皮上并观察反射光的移动，研究人员可以检测出由于神经血管活动驱动微观组织运动而导致的脑表面极其细微且有节奏的变化。这种被称为“斑点传感”（speckle sensing）的技术捕捉了由大脑血流和微小机械运动引起的微妙光影舞动，为通往便携式、非侵入性的人类思维之窗提供了一条潜在路径。

基于这一基础，一支研究团队最近证明，这种基于光的非接触式方法不仅能检测大脑是否处于活跃状态，还能区分特定的心理状态。在20

26年9月发表的一项研究中，该团队将重点放在了韦尼克区（Wernicke's area）——这是大脑后部负责理解语言的一个区域。他们探究了一个问题：一台注视着头皮的摄像机是否能分辨出一个人是在听母语、听懂了的外语、听不懂的外语、古典音乐还是完全的沉默。答案是肯定的。利用激光和高速摄像机，研究人员成功识别出了受试者正在经历的五种状态中的哪一种，平均准确率接近97%。值得注意的是，该系统仅需每个类别四秒钟的有标签数据，即可学会如何识别特定个体的每种状态。

实验涉及13名健康的志愿者，他们坐在一个安静的房间里，激光束照射在他们的后脑勺上。当参与者聆听母语、英语、瑞典语、古典音乐或静默时，摄像机会记录下从头皮反射出的不断变化的光影模式。这些被称为“斑点图样”（speckle patterns）的模式，会随着由血流驱动的大脑组织微小运动而发生变化。随后，研究人员将这些视频录像输入到一个计算机模型中，该模型此前曾用于另一项任务：检测不同大脑区域内的无声内心语言。这个模型在未被告知其含义的情况下学会了识别模式，随后被应用于这项新的语言理解数据。该系统不需要从头开始重新训练；它只是将从一个脑区学到的关于大脑活动的知识转移到了另一个脑区。

结果显示，该系统可以可靠地分离出这五种不同的状况。当参与者聆听母语时，大脑的反应看起来与聆听他们能理解的英语或听不懂的瑞典语时有所不同。系统还能够将这些语言状态与聆听古典音乐以及处于静默的状态区分开来。即使研究人员将训练数据减少到每个类别仅两秒钟，准确率依然保持在高水平，这表明识别这些状态所需的核心信息可以非常快速地被捕获。研究还证实了这些信号具有大脑语言中心的特异性；当同样的检测技术应用于不参与语言处理的前额区域时，系统无法区分不同的声音。

这项工作的一个关键方面是，计算机模型在没有被明确教授语言或音乐规则的情况下，就学会了识别这些复杂的心理状态。相反，它是通过观察头皮上移动的光的原始视觉数据进行学习的。研究人员发现，与听不懂语言相关的模式与听懂语言相关的模式截然不同，且两者都与听音乐的模式不同。这表明，大脑对这些刺激的物理反应本身足够独特，仅凭光线即可探测到。该研究还解决了脑机接口的一个实际障碍：即需要长时间校准的问题。通过展示仅需几秒钟的数据即可实现高准确率，研究人员证明了这项技术可以被改编用于时间有限的现实场景。

这些发现为非侵入性神经技术的开发迈出了重要一步。虽然之前的研究已经展示了光可以区分二元状态（例如思考“是”或“否”），但这项工作扩展了区分多种细微类别的能力。能够区分母语、已知外语、未知外语、音乐和沉默的能力表明，该系统对大脑正在进行的特定认知过程是敏感的，而不仅仅是对声音的存在做出反应。研究人员指出，这些信号并非仅仅是全身运动或噪声的反映，因为在额头进行的对照测量未能产生同样的结果。这种特异性指向了光学信号与语言中心活动之间的直接联系。

尽管准确率很高，但研究也承认了一些局限性。参与者群体相对较小，且主要为男性，这限制了在推断该技术在不同人群中表现如何方面的结论。实验是在受控的实验室环境中进行的，且信号的物理起源是在本研究中通过推论而非与其他工具直接测量得出的。然而，不同参与者之间结果的一致性以及从一个脑区到另一个脑区的成功学习迁移，为该方法的有效性提供了强有力的证据。这项工作表明，大脑对语言和声音的反应会在头部表面留下独特的、可测量的足迹，通过摄像机和激光即可读取，无需任何导线或电极接触皮肤。

这项研究开启了我们与大脑互动的新篇章。通过证明非接触式光学传感可以在极少设置的情况下解码多种认知状态，该研究使该领域更接近于实际应用，即理解一个人的心理状态不再需要前往医院或佩戴笨重的头戴设备。能够仅用几秒钟的数据就区分出一个人是在理解还是不理解，或者区分语言与音乐，这表明未来脑监测可能变得像瞥一眼一样简单。这项技术并不会像科幻小说中所描绘的那样读取思想，但它确实揭示了大脑在处理周围世界时所特有的物理特征，为人类理解机制提供了一个清晰、非侵入性的视角。