Wetenschappers kunnen het brein van een vogel lezen en het volgende lied voorspellen

Max Litvinov

Ondernemers in Silicon Valley stelden zichzelf dit jaar een gedurfd nieuw doel: een hersenleesapparaat maken waarmee mensen moeiteloos teksten kunnen sturen met hun gedachten.

In april kondigde Elon Musk een geheim nieuw herseninterfacebedrijf aan, genaamd Neuralink. Dagen later verklaarde Facebook-CEO Mark Zuckerberg dat directe herseninterfaces je uiteindelijk alleen met je geest zullen laten communiceren. Het bedrijf zegt dat er 60 technici aan het probleem werken.

Het is een ambitieuze zoektocht - en er zijn redenen om te denken dat dit niet snel zal gebeuren. Maar voor in ieder geval één kleine vogel met een oranje snavel, de zebravink, kwam de droom een ​​stuk dichter bij de werkelijkheid.

Dat is te danken aan wat handig werk van Timothy Gentner en zijn studenten aan de Universiteit van Californië, San Diego, die een hersen-naar-tweet-interface hebben gebouwd die het nummer een vink gaat zingen een fractie van een seconde voordat het dat doet .

We decoderen realistisch synthetisch vogelgezang rechtstreeks van neurale activiteit, kondigden de wetenschappers aan in een nieuw rapport dat op de website is gepubliceerd bioRxiv . Het team, waaronder de Argentijnse vogelzangexpert Ezequiel Arneodo, noemt het systeem het eerste prototype van een decoder van complexe, natuurlijke communicatiesignalen van neurale activiteit. Een vergelijkbare benadering zou de vooruitgang in de richting van een menselijke gedachte-naar-tekst-interface kunnen stimuleren, zeggen de onderzoekers.

Wetenschappers zeggen dat ze het lied van een vink rechtstreeks kunnen voorspellen op basis van zijn hersenactiviteit.

Het brein van een zangvogel is niet al te groot. Maar zijn vocalisaties zijn vergelijkbaar met menselijke spraak op een manier die deze vogels een favoriet maakt van wetenschappers die geheugen en cognitie bestuderen. Hun liedjes zijn complex. En, net als menselijke taal, worden ze geleerd. De zebravink leert zijn roep van een oudere vogel.

Makoto Fukushima, een fellow van de National Institutes of Health die herseninterfaces heeft gebruikt om de eenvoudigere grunts en coos van apen te bestuderen, zegt dat het rijkere scala aan vogelgezang de reden is waarom de nieuwe resultaten belangrijke implicaties hebben voor toepassing in menselijke spraak.

Huidige herseninterfaces die bij mensen zijn geprobeerd, volgen meestal neurale signalen die de ingebeelde armbewegingen van een persoon weerspiegelen, die kunnen worden gecoöpteerd om een ​​robot te bewegen of een cursor te sturen om heel langzaam letters eruit te pikken. Dus het idee van een helm of hersenimplantaat dat moeiteloos kan oppikken wat je probeert te zeggen, is nog lang niet gerealiseerd.

Maar het is niet strikt onmogelijk, zoals de nieuwe studie laat zien. Het team van UCSD gebruikte siliciumelektroden bij wakkere vogels om het elektrische geratel van neuronen te meten in een deel van de hersenen, de sensorische-motorische kern, waar commando's vandaan komen die de productie van geleerde zang vormen.

Bij het experiment werd gebruik gemaakt van neurale netwerksoftware, een soort machine learning. De onderzoekers voerden in het programma zowel het patroon van neurale vuren als het eigenlijke lied dat daaruit voortkwam, met zijn stops en starts en veranderende frequenties. Het idee was om hun software te trainen om de een met de ander te matchen, in wat ze neurale-naar-lied spectrum mappings noemden.

De belangrijkste innovatie van het team was om de vertaling van brein naar tweet te vereenvoudigen door een fysiek model op te nemen van hoe vinken geluid maken. Vogels hebben geen stembanden zoals mensen; in plaats daarvan schieten ze lucht over een trillend oppervlak in hun keel, een syrinx genaamd. Bedenk hoe je een hoog gejank kunt maken door twee stukjes papier tegen elkaar te leggen en tegen de rand te blazen.

Het eindresultaat, zeggen de auteurs: we decoderen realistisch synthetisch vogelgezang rechtstreeks uit neurale activiteit. In hun rapport zegt het team dat het kan voorspellen wat de vogel zal zingen ongeveer 30 milliseconden voordat het dat doet.

De resultaten kunt u zelf beluisteren in onderstaande audio. Houd er rekening mee dat de zebravink geen nachtegaal is. Zijn lied is meer als een staccato gekwaak.

Het lied van een gevangen zebravink.

Hetzelfde nummer, zoals voorspeld op basis van neurale opnames in de hersenen van de vink.

Zangvogels zijn nu al een belangrijk onderzoeksmodel. Bij Neuralink van Elon Musk behoorden vogelwetenschappers tot de eerste sleutelfiguren. En de truc van UCSD om zich te concentreren op het detecteren van de spierbewegingen achter spraak, kan ook een belangrijke ontwikkeling zijn.

Facebook heeft gezegd dat het hoopt dat mensen rechtstreeks vanuit hun hersenen kunnen typen met 100 woorden per minuut, en privé sms'jes kunnen sturen wanneer ze maar willen. Een apparaat dat de commando's kan lezen die je hersenen naar spieren sturen terwijl je bezig bent met subvocale uitingen (stille spraak) is waarschijnlijk een stuk realistischer dan een apparaat dat gedachten leest.

Gentner en zijn team hopen dat hun vinken dit mogelijk zullen maken. We hebben een [hersen-machine-interface] gedemonstreerd voor een complex communicatiesignaal, met behulp van een diermodel voor menselijke spraak, schrijven ze. Ze voegen eraan toe dat onze aanpak ook een waardevolle proeftuin biedt voor biomedische spraakprothesen.

Met andere woorden, we zijn een beetje dichter bij sms'en vanuit onze hersenen.

zich verstoppen