Ученые научились воспроизводить пение птицы по данным активности мозга

Результаты исследования, которое продемонстрировало возможности будущего речевого протеза для человека, опубликовали ученые Калифорнийского университета в Сан Диего, 16 июня сообщает пресс-служба университета на официальном сайте.

Исследователи считывали активность мозга птицы и по этим данным воспроизводили ее пение. Им удалось воссоздать сложные детали оригинального пения вплоть до высоты тона, громкости и тембра.

«Современное состояние коммуникативного протезирования — это имплантируемые устройства, которые позволяют создавать текстовый вывод со скоростью до 20 слов в минуту. 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», — пояснил профессор психологии и нейробиологии Калифорнийского университета в Сан-Диего Тимоти Гентнер.

Исследование представляет собой совместную работу инженеров и нейробиологов. Ученые имплантировали силиконовые электроды взрослым самцам зебровых амадин и наблюдали за нейронной активностью птиц, пока они пели.

В частности, они записали электрическую активность нескольких областей в сенсомоторной части мозга, которая в конечном итоге контролирует мышцы, ответственные за пение. Затем исследователи загрузили записи в алгоритмы машинного обучения.

Преобразовать образцы нейронной активности в образцы звуков оказалось непростой задачей. Ученые использовали простые представления моделей вокализации птиц, которые представляют собой, по сути, математические уравнения, моделирующие изменения давления и напряжения, которые происходят во время пения в голосовом органе птиц, называемом сиринксом.

В дальнейшем команда надеется продемонстрировать возможности созданной системы воспроизводить пение птиц по нейронной активности в реальном времени. Проблема заключается в том, что вокальное пение певчих птиц, как и речь людей, включает не только вывод звука, но и постоянный мониторинг окружающей среды и постоянную обратную связь.

Как объясняют ученые, если человек будет слышать свой собственный голос с задержкой, то он начнет заикаться. У птиц происходит то же самое, они слушают себя и воспроизводят песню на основании того, что услышали, и того, что собираются петь дальше. Эффективный голосовой протез в конечном итоге должен будет работать быстро, чтобы учесть весь цикл обратной связи и вносить поправки на ошибки.

Как пояснил Гентнер, ученые уже 40 лет исследуют пение птиц, чтобы создать речевой протез для людей. Это устройство будет не просто преобразовывать сигналы мозга в элементарный набор целых слов, но даст возможность человеку издавать любой звук, а значит, любое слово, которое он может вообразить, давая свободу сообщать всё, что пожелает.

Результаты исследования опубликованы 16 июня в научном журнале Current Biology.