加州大學(xué)圣地亞哥分校的第一項概念驗證研究顯示，僅通過閱讀其大腦活動就可以重新創(chuàng)作鳥類的歌曲。研究人員能夠?qū)ⅧQ禽復(fù)雜的聲音復(fù)制到原始的音高、音量和音色。
該研究于 6 月 16 日發(fā)表在Current Biology 上，為為失去說話能力的人構(gòu)建聲樂假肢奠定了基礎(chǔ)。
加州大學(xué)圣地亞哥分校心理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)教授、資深作者蒂莫西·根特納 (Timothy Gentner) 說：“通信假肢的當(dāng)前最先進(jìn)技術(shù)是可植入設(shè)備，它允許您生成文本輸出，每分鐘最多可寫 20 個單詞。”“現(xiàn)在想象一個聲帶假體，它使您能夠通過語音自然地交流，大聲說出您的想法，就像您正在思考的那樣。這是我們的最終目標(biāo)，也是功能恢復(fù)的下一個前沿。”
Gentner 及其同事使用的方法涉及斑胸草雀等鳴禽。與人類聲樂假體的聯(lián)系可能并不明顯，但事實上，鳴禽的發(fā)聲在很多方面都與人類的語言相似。它們很復(fù)雜，它們是習(xí)得的行為。
“在許多人看來，從鳴禽模型到最終將進(jìn)入人類的系統(tǒng)是一個相當(dāng)大的進(jìn)化飛躍，”加州大學(xué)圣地亞哥分校電氣和計算機工程教授 Vikash Gilja 說，他是該研究的合著者。研究。“但它是一個模型，它為我們提供了一種復(fù)雜的行為，而在通常用于神經(jīng)假體研究的典型靈長類動物模型中，我們無法獲得這種行為。”
這項研究是加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師和神經(jīng)科學(xué)家之間的交叉合作，Gilja 和 Gentner 實驗室共同開發(fā)神經(jīng)記錄技術(shù)和神經(jīng)解碼策略，以利用兩個團隊在神經(jīng)生物學(xué)和行為實驗方面的專業(yè)知識。
該團隊將硅電極植入雄性成年斑胸草雀，并在它們唱歌時監(jiān)測鳥類的神經(jīng)活動。具體來說，他們記錄了大腦感覺運動部分中多個神經(jīng)元群的電活動，這些神經(jīng)元最終控制負(fù)責(zé)唱歌的肌肉。
研究人員將神經(jīng)記錄輸入機器學(xué)習(xí)算法。這個想法是，這些算法將能夠根據(jù)鳥類的神經(jīng)活動制作計算機生成的實際斑胸草雀歌曲的副本。但將神經(jīng)活動模式轉(zhuǎn)化為聲音模式并非易事。
“有太多的神經(jīng)模式和太多的聲音模式，無法找到如何將一個信號直接映射到另一個的單一解決方案，”根特納說。
為了完成這一壯舉，該團隊使用了鳥類發(fā)聲模式的簡單表示。這些本質(zhì)上是模擬物理變化——即壓力和張力的變化——的數(shù)學(xué)方程，這些變化發(fā)生在雀類唱歌時的發(fā)聲器官(稱為鳴管)中。然后研究人員訓(xùn)練他們的算法將神經(jīng)活動直接映射到這些表示。
標(biāo)簽： 鳥類
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