耶鲁、剑桥等开发MindLLM,将脑成像直接转换为文本
耶鲁、剑桥等大学的研究人员开发出MindLLM模型,实现了将功能性磁共振成像(fMRI)信号直接解码为文本的突破。该模型克服了现有方法预测性能差、任务种类有限及跨受试者泛化能力弱等问题,通过主题无关的fMRI编码器和预训练大型语言模型(LLM)的结合,以及创新的“大脑指令调整”(BIT)方法,显著提升了fMRI到文本解码的准确性和通用性。MindLLM在基准测试中表现优于现有技术,在不同下游任务、未知主题泛化和新任务适应性方面均取得了显著改进,为脑机接口和神经科学研究带来了新的可能性,例如帮助语言障碍者恢复沟通能力,并实现对数字设备的更直观控制。

编辑 | 萝卜皮
将功能性磁共振成像 (fMRI) 信号解码为文本一直是神经科学界面临的一项重大挑战,它有望推动脑机接口的发展,并加深对大脑机制的了解。然而,现有的方法往往存在预测性能不佳、任务种类有限以及跨受试者泛化能力较差等问题。
针对这一问题,耶鲁大学(Yale University)、达特茅斯学院(Dartmouth College)和剑桥大学(University of Cambridge)的研究人员提出了 MindLLM,一种专为主题无关且用途广泛的 fMRI 到文本解码而设计的模型。
此外,研究人员提出了一种新方法——大脑指令调整 (BIT),可增强模型从 fMRI 信号中捕获不同语义表示的能力,从而促进更通用的解码。
在全面的 fMRI 到文本基准上的评估中, MindLLM 优于基线,下游任务提高了 12.0%,未知主题泛化提高了 16.4%,新任务适应提高了 25.0%。此外,MindLLM 中的注意力模式为其决策过程提供了可解释的见解。
该研究以「MindLLM: A Subject-Agnostic and Versatile Model for fMRI-to-Text Decoding」为题,于 2025 年 2 月 18 日发布在 arXiv 预印平台。

解码人类大脑活动(fMRI)为文本在神经科学领域引起了广泛关注。这一技术不仅为认知、行为和意识研究提供了新视角,还具有重要的社会应用价值。
例如,它可以帮助语言障碍者恢复沟通能力,使他们能够轻松表达思想;同时,它还能实现健康人群对数字设备(如具身 AI 或假肢)的神经控制,使操作更加直观和精确。
然而,该技术仍面临重大挑战:一是需要针对不同应用场景开发多功能解码模型,现有方法如 UMBRAE 虽能映射 fMRI 数据到刺激图像,但无法处理更广泛的任务(如记忆检索);二是缺乏统一且不依赖个体的解码架构,当前方法依赖预处理选择响应体素,导致输入维度不一致和空间信息丢失,影响性能。
研究人员提出了 MindLLM,一种用于 fMRI 到文本解码的主题无关且通用的模型。该方法包括一个主题无关的 fMRI 编码器和一个现成的 LLM。

图示:MindLLM 概述。(来源:论文)
主题无关的 fMRI 编码器将神经科学信息注意层与可学习查询相结合,通过利用体素的空间信息和神经科学先验来实现动态特征提取,从而显著提高预测准确性。值和键的设计将体素的功能信息(在个体之间基本一致)与其 fMRI 值分开,从而使模型能够受益于跨主体共享的先验,并增强对新主体的概括性。
为了应对多功能解码的挑战,研究人员提出了脑指令调整(BIT)。BIT 使用以图像为中介的多样化数据集来训练模型,涵盖旨在捕获 fMRI 数据中编码的语义信息的不同方面的任务,包括感知和场景理解、记忆和知识检索、语言和符号处理以及复杂推理。

图示:我们的模型与之前的统一模型的比较。(来源:论文)
研究人员在综合基准上评估了 MindLLM。结果表明,它的表现优于基线,在各种下游任务中平均提高了 12.0%,在未见过的主题上的泛化提高了 16.4%。
MindLLM 能够有效地适应新任务,在实际应用中表现出很高的可定制性和灵活性。此外,对注意力权重的分析为该团队 fMRI 编码器的工作机制提供了宝贵的见解。
论文链接:https://arxiv.org/abs/2502.15786
相关报道:https://medicalxpress.com/news/2025-02-brain-imaging-text-mindllm.html
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