Speech Brain Computer Interfaces (BCIs) offer promising solutions to people with severe paralysis unable to communicate. A number of recent studies have demonstrated convincing reconstruction of intelligible speech from surface electrocorticographic (ECoG) or intracortical recordings by predicting a series of phonemes or words and using downstream language models to obtain meaningful sentences. A current challenge is to reconstruct speech in a streaming mode by directly regressing cortical signals into acoustic speech. While this has been achieved recently using intracortical data, further work is needed to obtain comparable results with surface ECoG recordings. In particular, optimizing neural decoders becomes critical in this case. Here we present an offline speech decoding pipeline based on an encoder-decoder deep neural architecture, integrating Vision Transformers and contrastive learning to enhance the direct regression of speech from ECoG signals. The approach is evaluated on two datasets, one obtained with clinical subdural electrodes in an epileptic patient, and another obtained with the fully implantable WIMAGINE epidural system in a participant of a motor BCI trial. To our knowledge this presents a first attempt to decode speech from a fully implantable and wireless epidural recording system offering perspectives for long-term use.


翻译:语音脑机接口为重度瘫痪患者提供了有前景的沟通解决方案。近期多项研究通过预测音素或词汇序列并利用下游语言模型生成可理解语句,已成功实现基于皮层脑电图或皮层内记录的清晰语音重建。当前挑战在于通过将皮层信号直接回归为声学语音,实现流式语音重建。尽管近期利用皮层内数据已取得进展,但要在表面ECoG记录中获得可比结果仍需进一步研究,其中神经解码器的优化尤为关键。本文提出一种基于编码器-解码器深度神经架构的离线语音解码流程,集成视觉Transformer与对比学习技术,以增强ECoG信号到语音的直接回归性能。该方法在两个数据集上进行评估:一个来自癫痫患者的临床硬膜下电极记录,另一个来自运动脑机接口试验参与者体内完全植入式无线WIMAGINE硬膜外系统。据我们所知,这是首次尝试从完全植入式无线硬膜外记录系统解码语音,为长期应用提供了新的可能性。

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