Можно воссоздать пение птицы, считывая только активность ее мозга, показывает первое исследование, проведенное в Калифорнийском университете в Сан-Диего, в рамках проверки правильности концепции. Исследователи смогли воспроизвести сложные вокализации певчей птицы вплоть до высоты тона, громкости и тембра оригинала.
Исследование, опубликованное 16 июня в Current Biology , закладывает основу для создания голосовых протезов для людей, потерявших способность говорить.
«Современное состояние коммуникативного протезирования — это имплантируемые устройства, которые позволяют создавать текстовый вывод со скоростью до 20 слов в минуту», — сказал старший автор Тимоти Гентнер, профессор психологии и нейробиологии Калифорнийского университета в Сан-Диего. «А теперь представьте голосовой протез, который позволяет вам естественным образом общаться с помощью речи, произнося вслух то, о чем вы думаете, почти так же, как вы думаете об этом. Это наша конечная цель и следующий рубеж в функциональном восстановлении».
Подход, который используют Гентнер и его коллеги, включает в себя певчих птиц, таких как зебровый зяблик. Связь с голосовыми протезами для людей может быть не очевидна, но на самом деле вокализации певчих птиц во многом схожи с человеческой речью . Они сложны и представляют собой усвоенное поведение.
«В сознании многих людей переход от модели певчей птицы к системе, которая в конечном итоге войдет в организм человека, — это довольно большой эволюционный скачок», — сказал Викаш Гилья, профессор электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, который является соавтором книги. учеба. «Но это модель, которая дает нам сложное поведение, к которому у нас нет доступа в типичных моделях приматов, которые обычно используются для исследования нервных протезов».
Исследование представляет собой совместную работу инженеров и нейробиологов Калифорнийского университета в Сан-Диего, при этом лаборатории Гилья и Гентнер работают вместе над разработкой технологий нейронной записи и стратегий нейронного декодирования, которые используют опыт обеих команд в нейробиологических и поведенческих экспериментах.
Команда имплантировала силиконовые электроды взрослым самцам зебровых зябликов и наблюдала за нейронной активностью птиц, пока они пели. В частности, они записали электрическую активность нескольких популяций нейронов в сенсомоторной части мозга, которая в конечном итоге контролирует мышцы, ответственные за пение.
Исследователи загрузили нейронные записи в алгоритмы машинного обучения. Идея заключалась в том, что эти алгоритмы смогут создавать компьютерные копии настоящих песен зебровых вьюрков только на основе нейронной активности птиц. Но преобразовать паттерны нейронной активности в паттерны звуков — непростая задача.
«Слишком много нейронных паттернов и слишком много звуковых паттернов, чтобы когда-либо найти единственное решение, как напрямую сопоставить один сигнал с другим», — сказал Гентнер.