MindLLM – 耶魯聯(lián)合劍橋等機(jī)構(gòu)推出的醫(yī)療領(lǐng)域 AI 模型

MindLLM 是由耶魯大學(xué)、達(dá)特茅斯學(xué)院和劍橋大合開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)人工智能模型，能夠?qū)⒛X部功能性磁共振成像（fMRI）信號(hào)解碼為自然語(yǔ)言文本。該模型基于主體無(wú)關(guān)的 fMRI 編碼器和大型語(yǔ)言模型（LLM），通過(guò)引入腦指令調(diào)優(yōu)（Brain Instruction Tuning,BIT）技術(shù)，極大地捕捉了 fMRI 信號(hào)中的豐富語(yǔ)義信息。MindLLM 在眾多基準(zhǔn)測(cè)試中表現(xiàn)突出，顯示出下游任務(wù)性能提高12.0%，跨個(gè)體泛化能力提升16.4%，以及對(duì)新任務(wù)的適應(yīng)性增強(qiáng)25.0%。這項(xiàng)技術(shù)為腦機(jī)接口和神經(jīng)科學(xué)研究開(kāi)辟了新的可能性。

MindLLM是什么

MindLLM 是一種創(chuàng)新的AI模型，旨在將大腦的fMRI信號(hào)轉(zhuǎn)化為易懂的文字描述。通過(guò)結(jié)合主體無(wú)關(guān)的fMRI編碼器和強(qiáng)大的大型語(yǔ)言模型，MindLLM能夠高效解碼大腦活動(dòng)。其獨(dú)特的腦指令調(diào)優(yōu)技術(shù)使得模型能夠捕捉到廣泛的語(yǔ)義信息，提升了對(duì)大腦工作機(jī)制的理解。該模型在多個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出色，為科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供了新的視角。

MindLLM的主要功能

• 腦活動(dòng)解碼：將大腦在感知、思考或回憶時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為直觀的文字描述，幫助科學(xué)家和醫(yī)生更好地理解大腦的工作機(jī)制。
• 跨個(gè)體通用性：處理不同個(gè)體的腦信號(hào)，無(wú)需針對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行單獨(dú)訓(xùn)練，大大提升模型的泛化能力。
• 多功能解碼：MindLLM 適應(yīng)多種任務(wù)，如視覺(jué)場(chǎng)景理解、記憶檢索、語(yǔ)言處理和復(fù)雜推理，展現(xiàn)出強(qiáng)大的多功能性。
• 輔助醫(yī)療與人機(jī)交互：為失語(yǔ)癥患者恢復(fù)溝通能力，或基于神經(jīng)信號(hào)控制假肢、虛擬助手等設(shè)備，推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展。

MindLLM的技術(shù)原理

• fMRI 編碼器：利用神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的注意力機(jī)制，將 fMRI 信號(hào)編碼為一系列“腦部特征令牌”。編碼器學(xué)腦不同區(qū)域的功能信息和空間位置信息，動(dòng)態(tài)提取特征，確保信息的完整性。
• 大型語(yǔ)言模型（LLM）：將編碼后的腦部特征令牌與語(yǔ)言模型結(jié)合，利用 LLM 的強(qiáng)大生成能力將腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為自然語(yǔ)言文本。選用預(yù)訓(xùn)練的 LLM（如 Vicuna-7b）作為解碼器，確保生成文本的語(yǔ)義連貫性與準(zhǔn)確性。
• 腦指令調(diào)優(yōu)：通過(guò)多樣化的數(shù)據(jù)集（如視覺(jué)問(wèn)答、圖像描述、記憶檢索任務(wù)等）進(jìn)行模型訓(xùn)練，捕捉 fMRI 信號(hào)中的豐富語(yǔ)義信息。BIT 數(shù)據(jù)集以圖像為中介，將 fMRI 數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的文本標(biāo)注配對(duì)，提升模型的多功能性與適應(yīng)性。
• 主體無(wú)關(guān)設(shè)計(jì)：基于跨個(gè)體一致的腦區(qū)功能信息和 fMRI 信號(hào)，MindLLM 能夠在不同個(gè)體之間共享先驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)通用解碼能力。

MindLLM的項(xiàng)目地址

• arXiv技術(shù)論文：https://arxiv.org/pdf/2502.15786

MindLLM的應(yīng)用場(chǎng)景

• 醫(yī)療康復(fù)：為失語(yǔ)癥、癱瘓等患者恢復(fù)溝通能力，通過(guò)解碼大腦信號(hào)幫助用戶(hù)表達(dá)思想或控制外部設(shè)備。
• 腦機(jī)接口：開(kāi)發(fā)更高效、更直觀的腦機(jī)接口系統(tǒng)，如控制假肢、輪椅或虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，提升殘疾人士的生活質(zhì)量。
• 神經(jīng)科學(xué)研究：幫助科學(xué)家深入理解大腦的認(rèn)知機(jī)制、意識(shí)活動(dòng)及神經(jīng)信號(hào)與行為之間的關(guān)系，推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。
• 人機(jī)交互：實(shí)現(xiàn)更自然、更直接的人機(jī)交互方式，以大腦信號(hào)控制電子設(shè)備、智能家居或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，提升交互體驗(yàn)。
• 心理健康輔助：監(jiān)測(cè)和分析大腦活動(dòng)，輔助診斷心理疾病或評(píng)估治療效果，為心理健康領(lǐng)域提供新的工具和方法。

常見(jiàn)問(wèn)題

• MindLLM的準(zhǔn)確性如何？：MindLLM在多個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，顯示出高準(zhǔn)確性和良好的泛化能力。
• 是否需要針對(duì)不同個(gè)體進(jìn)行訓(xùn)練？：不需要。MindLLM的主體無(wú)關(guān)設(shè)計(jì)使其能夠處理不同個(gè)體的腦信號(hào)而無(wú)需單獨(dú)訓(xùn)練。
• MindLLM的應(yīng)用是否限于醫(yī)療領(lǐng)域？：不，MindLLM在多個(gè)領(lǐng)域都有潛在應(yīng)用，包括神經(jīng)科學(xué)、人機(jī)交互及心理健康等。