Смогут ли нейробиологи читать мысли человека в будущем?

Композиция Pink Floyd «Еще один кирпич в стене, часть 1»; Пока аккорды песни заполняли операционную, нейробиологи Медицинского центра Олбани тщательно записывали активность электродов, имплантированных в мозг пациентов, перенесших операцию по лечению эпилепсии.

Цель? Зафиксировать электрическую активность областей мозга, настроенных на такие характеристики музыки, как тон, ритм, гармония и слова, и посмотреть, смогут ли они воссоздать то, что слышит пациент.< /п>

Более десяти лет спустя, после того как нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли проанализировали данные 29 таких пациентов, ответ очевиден: да.

"В конце концов, это был всего лишь кирпич в стене" Фраза заметно появляется в реконструированной песне, ее ритмы сохранены, а слова мутны, но расшифровываются. Впервые исследователи реконструировали узнаваемую песню по записям мозга.

Реконструкция демонстрирует возможность записи и перевода мозговых волн для захвата музыкальных элементов речи, а также слогов. У человека эти музыкальные элементы (ритм, ударение, ударение и интонация), называемые просодия. Она несет в себе смысл, который не могут передать одни слова.

Поскольку эти записи внутричерепной электроэнцефалографии (иЭЭГ) можно делать только с поверхности мозга (как можно ближе к слуховым центрам), в ближайшем будущем никто не сможет слушать песни в вашей голове.

А вот людям, имеющим проблемы с общением из-за паралича или паралича, такие записи с электродов на поверхности мозга могли бы помочь воспроизвести музыкальность речи, которой не хватает в сегодняшних роботоподобных реконструкциях.

Это отличный результат", - сказал Роберт Найт, нейробиолог из Института нейробиологии Хелен Уиллс и профессор психологии Калифорнийского университета в Беркли, который проводил исследование вместе с постдокторантом Людовиком Беллиером. - сказал он. "Одна из вещей, которые я думаю о музыке, это то, что она имеет просодию и эмоциональное содержание. По мере развития всей этой области мозго-машинных интерфейсов у вас появится возможность добавить музыкальности будущим мозговым имплантатам для людей, которые в этом нуждаются, независимо от того, страдают ли они БАС или кто-то еще. Другое неврологическое расстройство или нарушение развития, которое отрицательно влияет на речевой результат. Это дает возможность декодировать не только языковое содержание, но и часть просодического содержания речи, часть аффекта. Я думаю, что именно здесь мы начнем решать эту проблему. код понятен."

По мере совершенствования методов записи мозга, возможно, однажды станет возможным делать такие записи, не вскрывая мозг, используя чувствительные электроды, прикрепленные к коже головы. На определение одной буквы уходит 20 секунд, что делает общение утомительным и трудным.

"Неинвазивные методы сегодня недостаточно точны. Будем надеяться, что в будущем мы сможем считывать активность в более глубоких частях мозга с хорошим качеством сигнала для пациентов, просто через электроды, расположенные снаружи черепа. Но мы далеки от этого». оттуда" - сказал Беллиер.

Беллиер, Найт и коллеги сообщили о результатах сегодня в журнале PLOS Biology и «еще один кирпичик в стене нашего понимания обработки музыки в человеческом мозге». ." Они заявили, что добавили

Вы читаете его мысли? Пока нет.

Интерфейсы «мозг-машина», используемые сегодня, чтобы помочь людям общаться, когда они не могут говорить, могут расшифровывать слова, но создаваемые предложения имеют роботизированное качество, напоминающее звук, который издавал покойный Стивен Хокинг, когда использовал устройство, генерирующее речь.

Беллиер сказал: "Сейчас технологии больше похожи на клавиатуру для ума". - сказал он. "Вы не можете читать свои мысли с клавиатуры. Вам придется нажимать кнопки. И это звучит как робот; Конечно, здесь меньше того, что я называю свободой выражения мнений».

Беллье должен знать. Он занимается музыкой с детства; барабаны, классическая гитара, фортепиано и бас, в какой-то момент выступал в хэви-метал-группе. Когда Найт попросил его поработать над музыкальностью речи, Беллиер сказал: «Я уверен, что я был очень рад, когда получил предложение.

В 2012 году Найт, научный сотрудник Брайан Пэсли и его коллеги первыми смогли реконструировать слова, которые слышит человек, по записям активности мозга.

Другие исследователи недавно продвинули работу Найта гораздо дальше. Нейрохирург Калифорнийского университета в Сан-Франциско и старший соавтор статьи 2012 года Эдди Чанг использовал отображаемые слова, чтобы восстановить предполагаемую речь парализованного пациента. сигналы двигательной области мозга, связанные с движениями челюсти, губ и языка. на экране компьютера.

В этом исследовании, опубликованном в 2021 году, искусственный интеллект использовался для интерпретации записей мозга пациента, пытающегося произнести предложение, основанное на последовательности из 50 слов.

Хотя методика Чанга оказалась успешной, новое исследование предполагает, что записи из слуховых областей мозга, где обрабатываются все аспекты звука, могут также фиксировать и другие аспекты речи, важные в человеческом общении.

Беллье сказал: «Декодирование с помощью слуховой коры, которая ближе к акустике звуков, в отличие от моторной коры, которая ближе к движениям, совершаемым для создания акустики речи, является чрезвычайно многообещающей». - добавил он. "Это добавит цвета к тому, что декодируется."

Для нового исследования Беллиер повторно проанализировал записи мозга, полученные во время проигрывания пациентами примерно трехминутного фрагмента песни Pink Floyd из альбома The Wall 1979 года 11100000 - 0000-0000-0000-000000000111_. Он надеялся действительно реконструировать музыкальные фразы с помощью моделей декодирования на основе регрессии, выходя за рамки предыдущих исследований, в которых проверялось, могут ли модели декодирования идентифицировать различные музыкальные произведения и жанры.

Беллье подчеркнул, что исследование, в котором искусственный интеллект использовался для декодирования активности мозга, а затем кодирования воспроизведения, не просто создало черный ящик для синтеза речи. Он и его коллеги также исследовали новые области. мозга, участвующих в обнаружении ритма (например, звука гитары), и обнаружил, что обнаруживаются части слуховой коры — верхняя височная извилина, расположенная сразу за ухом и над ним. - реагирует на начало голоса или синтезатора, а остальные области реагируют на продолжительный вокал.

Исследователи также подтвердили, что правое полушарие мозга более настроено на музыку, чем левое.

Найт сказал: «Язык в основном находится в левом полушарии мозга. Музыка же распространяется скорее с тенденцией вправо». сказал он.

Беллиер сказал: «Не было ясно, произойдет ли то же самое с музыкальными стимулами». сказал. "Здесь мы подтверждаем, что это не просто что-то специфическое для речи, но более фундаментальное для слуховой системы и того, как она обрабатывает и речь, и музыку."

Найт начинает новое исследование, чтобы понять нейронные связи, которые позволяют некоторым людям с афазией из-за инсульта или черепно-мозговой травмы общаться посредством пения, когда они не могут найти слова, чтобы выразить свои мысли.