پژوهشگران فعالیت های مغزی پرنده را به موسیقی تبدیل کردند
به گزارش چه خبر آنلاین، محققان آواز های پیچیده مرغ آوازخوان را به صورت صدای اصلی بازتولید کردند. این مطالعات امکان ساخت پروتز گفتاری برای انسان در آینده را فراهم می نماید.
خبرنگاران| باز فراوری آواز پرندگان، با آنالیز فعالیت مغزی آنها، امکان پذیر است. محققان توانسته اند آواز های پیچیده مرغ آوازخوان را به فرکانس ها و در نهایت به صورت صدای اصلی بازفراوری نمایند.
به گزارش خبرنگاران؛ این تحقیق که در مجله زیست شناسی فعلی منتشر شده که پایه و اساس ساختن پروتز های صوتی را برای افرادی که توانایی گفتار را از دست داده اند، ایجاد می نماید.
تیموتی جنتنر، نویسنده ارشد، استاد روانشناسی و مغز و اعصاب در UC سن دیگو می گوید: شرایط فعلی هنر در پروتز های ارتباطی دستگاه های قابل کاشت است که به شما امکان می دهد تا متن را با نوشتن حداکثر 20 کلمه در دقیقه فراوری کنید. حال پروتز صوتی را تصور کنید که به شما امکان می دهد به طور طبیعی با قدرت گفتار ارتباط برقرار کنید و تقریباً همانطور که فکر می کنید با صدای بلند آنچه را که فکر می کنید بیان کند. این هدف نهایی ما است و مرز بعدی بهبود عملکرد است.رویکردی که جنتنر و همکارانش از آن استفاده می نمایند شامل پرندگان آوازخوانی مانند مرغ جولای استرالیایی (فنچ گورخری) است. ارتباط با پروتز های صوتی برای انسان ممکن است آسان نباشد، اما در حقیقت آواز های پرنده آوازخوان از جهات مختلف به گفتار انسان شبیه است. آن ها پیچیده، اما رفتار های قابل فهم هستند.
ویکاش گیلجا، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در UC سن دیگو که یکی از نویسندگان این مقاله است، می گوید: در ذهن بسیاری از افراد، رفتن از مدل پرنده آوازخوان به سیستمی که در نهایت به انسان تبدیل خواهد شد، یک جهش بسیار عظیم تکاملی است. با این حال، این مدلی ست که رفتار پیچیده ای به ما می دهد که در مدل های معمولی پستانداران که معمولاً برای تحقیقات پروتز عصبی استفاده می شوند، به آن دسترسی نداریم.
این تحقیق یک کوشش مشترک بین مهندسان و دانشمندان علوم اعصاب در UC سن دیگو و آزمایشگاه های Gilja و Gentner است برای توسعه فناوری های ضبط عصبی و استراتژی های رمزگشایی عصبی که از مهارت هر دو تیم در آزمایشات عصبی و رفتاری استفاده می نمایند.
این تیم الکترود های سیلیکونی را در فنچ گورخری نر بالغ کاشت و فعالیت عصبی پرندگان را هنگام آواز خواندن کنترل کرد. به طور خاص، آن ها فعالیت الکتریکی جمعیت های متعددی از سلول های عصبی را در قسمت حسی-حرکتی مغز ثبت کردند که در نهایت عضلات مسئول آواز را کنترل می نماید.
محققان ضبط های عصبی را در الگوریتم های یادگیری ماشین تغذیه کردند. ایده این بود که این الگوریتم ها فقط بر اساس فعالیت عصبی پرندگان قادر به ساختن کپی کامپیوتری از آهنگ های واقعی فنچ گورخری هستند. اما ترجمه الگو های فعالیت عصبی به الگو های اصوات کار ساده ای نیست.
گنتنر، عضو این گروه تحقیقاتی می گوید: الگو های عصبی صوتی بسیار زیادی وجود دارد که می توان یک راه چاره واحد برای نحوه مستقیم نقشه برداری از یک سیگنال بر روی دیگری پیدا کرد.
برای رسیدن به این پیروزیت، تیم از نمایش های ساده ای از الگوی آوازی پرندگان استفاده کرد. این ها اساساً معادلات ریاضیاتی هستند که تغییرات فیزیکی - یعنی تغییرات فشار و کشش - را که در اندام صوتی فنچ ها، هنگام آواز خواندن رخ می دهد، مدلسازی می نمایند. محققان سپس الگوریتم های خود را آموزش دادند تا فعالیت عصبی را مستقیماً با این نمایش ها ترسیم نمایند.
محققان می گویند، این روش کارآمدتر از احتیاج به ترسیم فعالیت عصبی با آهنگ واقعی است. گیلجا می گوید: با داشتن این نمایش ساده از رفتار صوتی پیچیده پرندگان، سیستم ما می تواند نگاشت هایی را بیاموزد که قوی تر هستند و برای طیف وسیعی از شرایط و رفتارها قابل تعمیم اند.
گام بعدی این تیم این است که نشان دهد سیستم آن ها می تواند آواز پرندگان را از فعالیت عصبی در زمان واقعی بازسازی کند.
بخشی از چالش این است که فراوری آواز پرندگان آوازخوان، مانند انسان، نه تنها شامل خروجی صدا بلکه نظارت مداوم بر محیط و بر بازخورد است. به عنوان مثال اگر هدفون را روی گوش انسان قرار دهید و وقتی صدای خود را می شنوند تأخیر ایجاد کنید و فقط بازخورد زمانی را مختل می کنید، انسان آغاز به لکنت می نماید. پرندگان نیز همین کار را می نمایند. آن ها در حال گوش دادن به آهنگ خود هستند.
جنتنر اینگونه شرح می دهد که پرندگان تنظیماتی را بر اساس آنچه که خودشان از آواز خود شنیده اند و آنچه که امیدوارند بعد بخوانند تنظیم می نمایند. یک پروتز صوتی پیروز در نهایت باید بر روی مقیاس زمانی کار کند که به همان نسبت سریع باشد و همچنین به اندازه کافی پیچیده باشد که بتواند کل حلقه بازخورد را شامل گردد، از جمله ایجاد تنظیمات برای خطاها.
جنتنر می گوید با کوشش ما، که ثمره 40 سال تحقیق در خصوص پرندگان است، می توان برای ساخت پروتز های گفتاری برای انسان اقدام کنیم. دستگاهی که شاید نتواند سیگنال های مغزی فرد را به مجموعه ای ابتدایی از کلمات کامل تبدیل کند، اما به او این توانایی را می دهد که هر صدایی را فراوری نمایند و در نتیجه هر کلمه ای را.
منبع: UC San Diego
منبع: فرادید