作者：菲利普·鮑爾
一位鋼琴家演奏一系列音符，這位女士在一個電腦音樂系統上回應它們。然後，這位女士繼續在一個迴圈伴奏軌道上演奏一段簡單的即興旋律。這聽起來並不像是一個很大的音樂挑戰——除非這位女士中風後癱瘓，只能進行眼睛、面部和輕微的頭部運動。她完全是透過思考來創作音樂。
這是一個計算機音樂系統的試驗，該系統透過拾取神經元微小的電脈衝，直接與使用者的大腦互動。該裝置由英國普利茅斯大學的作曲家和計算機音樂專家愛德華多·米蘭達與埃塞克斯大學的計算機科學家合作開發，最終應幫助因大腦或脊髓損傷等原因導致嚴重身體殘疾的人們，出於娛樂或治療目的創作音樂。這些發現已線上發表在《音樂與醫學》雜誌上。
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“這是一個有趣的途徑，可能對患者非常有用，”荷蘭馬斯特裡赫特大學研究腦機介面的神經科學家雷納·戈貝爾說。
治療用途
證據表明，音樂參與可能對患有神經退行性疾病（如痴呆症和帕金森病）的人有益。但是，幾乎沒有肌肉運動的人通常被排除在這些益處之外，只能透過被動聆聽來享受音樂。
腦機介面（BCI）的發展使使用者僅憑意念即可控制計算機功能，為這類人群提供了新的可能性（參見意念乒乓球或可幫助截癱患者）。一般來說，這些介面依賴於使用者學習如何自我誘導特定心理狀態的能力，這些心理狀態可以透過腦部掃描技術檢測到。
米蘭達和他的同事使用了這些系統中最古老的一種：腦電圖（EEG），其中頭骨上的電極拾取微弱的神經訊號。腦電訊號可以被快速處理，從而實現快速響應時間，並且該儀器比腦部掃描技術（如磁共振成像和正電子發射斷層掃描）更便宜且更便攜。
以前使用BCI的努力主要集中在移動計算機螢幕圖示（如游標）上，但米蘭達的團隊試圖實現更復雜的任務，即讓使用者能夠演奏和創作音樂。米蘭達說，十多年前，當他研究如何使用腦電波製作音樂時，他第一次意識到當時新興的BCI領域。“當我意識到音樂BCI對重度殘疾人士福祉的潛力時，”他說，“我就無法放下這個想法。現在我無法將這項工作與我作為作曲家的活動分開。”
訣竅在於教會使用者如何透過呈現重複的刺激（聽覺、視覺或觸覺）並讓使用者專注於它，從而將特定的大腦訊號與特定任務聯絡起來。這會在腦電訊號中引發獨特的、可檢測到的模式。米蘭達和他的同事在電腦螢幕上展示了幾個閃爍的“按鈕”，每個按鈕都會觸發一個音樂事件。使用者只需將注意力集中在按鈕上即可按下按鈕。
例如，一個按鈕可以用來從預選的音符集中生成旋律。使用者可以透過改變注意力的強度來改變控制訊號的強度——按鈕被“按下”的“力度”——結果會以按鈕大小的變化以視覺方式反饋給他們。透過這種方式，可以透過心理上改變按壓的強度來選擇幾個音符中的任何一個。
經過一點練習，這使得使用者可以像在鋼琴上選擇琴鍵一樣創作旋律。而且，正如研究人員所說，就像學習樂器一樣，“練習越多，技巧越好”。
重獲控制
研究人員在倫敦皇家神經功能障礙醫院對一位患有閉鎖綜合徵的女性患者進行了系統試驗，閉鎖綜合徵是一種由腦損傷引起的幾乎完全癱瘓的形式。在兩個小時的療程中，她掌握了該系統，最終能夠伴隨伴奏軌道演奏。她報告說“再次掌控一切感覺真好”。
戈貝爾指出，患者仍然需要能夠控制他們的眼球運動，而完全閉鎖綜合徵患者無法做到這一點。他說，在這些部分病例中，“通常可以直接使用注視來控制裝置，而不是腦電圖系統”。但米蘭達指出，僅靠注視眼睛不允許訊號強度的變化。“注視眼睛可以比作滑鼠或操縱桿，”他說。“我們的系統增加了一個維度，那就是選擇的強度。這對於我們的音樂系統至關重要。”
米蘭達說，儘管增加音樂任務的複雜性不是優先事項，但音樂治療師建議，如果系統更像樂器會更好——例如，使用看起來像鋼琴鍵盤的介面。他承認將按鈕或琴鍵的數量增加到四個以上並不容易，但他有信心“我們最終會實現這一目標”。
“閃爍的東西不需要在電腦螢幕上，”他說。例如，它可以是一個物理電子鍵盤，琴鍵上帶有發光二極體。“你可以透過盯著琴鍵來演奏它，”他說。