Изследването демонстрира възможностите на бъдещата речева протеза
Калифорнийският университет в Сан Диего успя да пресъздаде песен на птица, чрез прочитане на нейната мозъчна активност. Изследователите възпроизвеждат сложните вокализации на пойната птица до височината, силата на звука и тембъра на оригинала. Това е изключителен напредък за комуникационните протези, които позволяват да генерираме текстови резултати. Не сме далеч от момента, в който ще разполагаме с гласова протеза, която позволява да общуваме естествено. Това е следващата граница във функционалното възстановяване на речта.
Опитът, който са направили учените, включва различни видове пойни птици. Връзката с гласовите протези за хората може да не е очевидна, но всъщност вокализациите на певческите способности на птиците са подобни на човешката реч по някои показатели.
Участници в изследването
Изследването е съвместно усилие между инженери и невролози от UC San Diego, като лабораториите Gilja и Gentner работят заедно за разработване на технологии за невронно записване и стратегии за невронно декодиране. Те са използвали експертния опит на двата екипа в невробиологични и поведенчески експерименти.
Учените имплантират силициеви електроди в мъжки пойни птици и наблюдават нервната активност по време на пеене. Регистрирана е електрическата активност на множество популации от неврони в сензомоторната част на мозъка, която в крайна сметка контролира мускулите, отговорни за пеенето.
Ролята на машините
Изследователите подават невронните записи в алгоритми за машинно обучение. Идеята е, тези алгоритми да създават компютърно генерирани копия на действителни песни, базирани на нервната активност на птицата. Но това не е лесна задача поради наличието на твърде много невронни и звукови модели. Трудно е да се намери едно-единствено решение за това, как директно да се картографира един сигнал върху друг.
За да постигне това, екипът използва прости варианти на моделите на вокализация. Това са по същество математически уравнения, моделиращи физическите промени в налягането и напрежението, което се отчита в гласовия орган на птиците, когато пеят. След това изследователите обучават алгоритмите да картографират невронната активност директно към тези изображения. Този подход се оказва по-ефективен от налагането на невронна активност към самите песни.
Следващата стъпка на екипа е да демонстрира, че системата може да реконструира птича песен от невронна активност в реално време. Част от предизвикателството е, че вокалната способност на пойните птици включва не само извеждане на звук, но и постоянно наблюдение на околната среда.
Интересни опити
Ако сложите слушалки на човек и забавите записа докато той чува собствения си глас се нарушава обратната връзка и човек ще започне да заеква. При птиците е същото. Те слушат собствената си песен, правят корекции въз основа на това, което току-що са чули да пеят и какво възнамеряват да пеят след това. Една успешна вокална протеза в крайна сметка ще трябва да работи по времеви мащаб, който е също толкова бърз и достатъчно сложен, за да побере целия цикъл на обратна връзка, включително да прави корекции за грешки.
Сътрудничеството използва 40 годишни изследвания върху птици, за да изгради речева протеза за хората. Подобно устройство не просто ще преобразува мозъчните сигнали на човек в елементарен набор от цели думи, но ще даде способността да се издава какъвто и да е звук.
