МОЗГ

Междисциплинарный семинар Руководитель семинара — К.В. Анохин

Рубрики

Семинары




Впервые расшифрованы произвольные слова в мозге



Главная » Исследования мозга » Впервые расшифрованы произвольные слова в мозге

Май 28, 2012

Благодаря новым исследованиям  приближается время, когда парализованный человек сможет полноценно общаться посредством декодируемой мысленной речи. Развиваемый метод может  также стать полезным при налаживании связи с пациентами, которые находятся в состоянии минимального сознания или коме. Конечно, данная технология делает свои первые шаги  и пока еще сыровата, но…
2d0b03 Впервые расшифрованы произвольные слова в мозге
Сотрудникам из Калифорнийского университета в Беркли, которые под руководством Роберта Найта (Robert Knight) и Брайана Пэйсли (Brian Pasley) проводили исследование на помощь пришли  15 пациентов с опухолями или эпилепсией, которым в связи с этим проводили операции на мозге. Этим больным  вживили более 250 электродов в среднюю (MTG) и верхнюю (STG)  височные извилины, где сосредоточены зоны,  которые отвечают за восприятие звуков, в частности и понимание речи. Учёным необходимо  было выяснить, какова реакция клеток в этих областях, когда люди слышат слова.  Авторы работы придумали программу, которая синтезировала звуки по данным активности коры.

В целом  подход, используемый калифорнийскими учеными, был аналогичным тому, который применялся в эксперименте с чтением зрительных образов из головного мозга. Вначале добровольцам давали  прослушать разговоры до 10 минут, компьютер в это время фиксировал с электродов сигналы. Далее, когда была уже наработана обширная библиотека соответствий, экспериментаторы построили две пробные модели, реконструирующие звуки, которые слышит испытуемый, только лишь по одной активности нейронов. В картине отклика клеток командой учёных была выявлена реакция на узкие полосы звуковых частот. Поэтом отдельные шаблонные слова программа посредством простого сравнения не узнавала, однако спускалась глубже на уровень, то есть восстанавливала спектрограмму слов. И что очень важно, слова могли быть те, которые  раньше в эксперименте не использовались.

Эксперимент проходил по следующей схеме. На поверхности коры электроды записывали сигнал от нейронов именно тогда,  когда человек слушал  в динамиках речь. Временное изменение потенциала накладывалось на модель реконструкции звука. В итоге компьютер выдавал восстановленную спектрограмму, которая в зависимости от времени и частоты  показывала распределение мощности акустического сигнала. Для того чтобы проверить правильность реконструкции синтезированной спектрограммы, проводилось  сравнение со спектрограммой исходного слова, воспроизведённого через динамики, и далее она переводилась в реальный звук.

Оказывается,  что с помощью машины можно восстанавливать произвольные слова с приемлемой степенью схожести (ее оценивали и на слух) всего лишь после одного предъявления конкретного слова испытуемому. В подробных деталях результаты  эксперимента были опубликованы в  статье издания «PLoS Biology».

По заявлению Найта, данная работа имеет двухсторонний характер. Во - первых, это фундаментальная наука, постижение того, как работает мозг человека. Во – вторых, это ее  цель – протезы для больных с нарушением речи. То, что они не способны произнести, однако могут представить то, что хотят сказать воспроизводил бы аппарат.

Идею пояснил Пэйсли. Она заключается в том, что имеется ряд доказательств того, что когда человек прослушивает звук и воображает его, активизируются аналогичные зоны головного мозга. Если понятны отношения между звуками и мозговой записью, то можно или синтезировать звук, о котором думает человек, или просто написать слова. Данную технику можно сравнить со способностью профессионального пианиста, который просто смотря на клавиши под пальцами другого музыканта, играющего на инструменте в звуконепроницаемой комнате, может «услышать» мелодию.

Ко всему можно добавить, что исследователи уже не в первый раз проводят эксперименты с соотнесением произносимых про себя или услышанных слов с картиной активности нейронов. В коре головного мозга ранее уже были записаны отпечатки звуков и извлечены из головы парализованного и немого больного отдельные форманты. Также уже достигнуто распознавание нескольких слов. Однако словарный запас программы пока небольшой, да и точность работы оставляет желать лучшего.