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将鸟类的大脑信号解码成歌曲的音节

发布时间:2021-09-25 02:00:31

一项来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校的最新研究报告显示,研究人员可以预测一只鸟会唱什么音节,当它通过阅读大脑中的电信号来演唱时。

能够从鸟类的大脑活动中预测其发声行为是为丧失说话能力的人类构建发声假肢的早期步骤。

“我们的工作为这个更大的目标奠定了基础,”电气和计算机工程博士DarilBrown说。加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的学生,该研究的第一作者,该研究于9月23日在《公共科学图书馆计算生物学》上发表。“我们正在研究鸟鸣,这将有助于我们更进一步地设计发声和交流的脑机接口。”

这项研究探索了如何利用斑马雀等鸣禽的大脑活动来预测鸣禽的发声行为。鸣禽的叫声与人类的叫声相似,因此研究人员特别感兴趣;它们都是复杂的、后天习得的行为。

在这项研究中,研究人员将硅电极植入成年雄性斑马雀的大脑,并记录它们唱歌时的神经活动。研究人员研究了一组称为局部场电位的特定电信号。这些信号被记录在大脑中学习和创作歌曲所必需的部分。

局部场电位的特殊之处在于,它们被用来预测人类的发声行为。到目前为止,这些信号已经在人脑中被大量研究过,但在鸣禽的大脑中还没有。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员希望填补这一空白,看看斑马雀身上的这些相同信号是否同样可以用来预测发声行为。该项目是加州大学圣地亚哥分校的工程师和神经科学家之间的交叉合作,由电气和计算机工程教授Vikash Gilja和心理学和神经生物学教授Timothy Gentner领导。

Gilja说:“我们探索局部场电位的动机是,大部分用于语音假肢开发的补充人类工作都集中在这些类型的信号上。”。“在这篇论文中,我们发现斑马雀和人类以及其他灵长类动物之间的这种信号有许多相似之处。通过这些信号,我们可以开始解码大脑产生语言的意图。”

Gentner说:“从长远来看,我们希望利用我们从鸣禽大脑中获得的详细知识来开发一种通讯假肢,它可以改善患有各种疾病和紊乱的人类的生活质量。”。

研究人员发现,局部场电位的不同特征转化为鸟叫声的特定音节,以及这些音节在鸣叫过程中出现的时间。

布朗说:“利用这个系统,我们能够高保真地预测鸣禽发声行为的开始,即鸣禽将要唱的顺序,以及鸣禽将要唱的时间。”。

研究人员甚至可以预测歌曲序列的变化,直到音节。例如,假设鸟儿的歌声是建立在一组重复的音节“1,2,3,4”上的,那么这个序列不时会变成“1,2,3,4,5”或“1,2,3”。研究人员发现,局部场电位的特征揭示了这些变化。

Gilja说:“这些形式的变异对我们测试假想的语音假肢很重要,因为人类不只是一遍又一遍地重复一句话。”。“令人兴奋的是,我们发现人类生理学研究中记录和记录的大脑信号与我们对鸣禽的研究相似。”

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