内心声音的秘密被打开了

“难以置信!《每日邮报》的headpne今天感叹道:“科学创造了能够解码你的想法并将其转化为文字的计算机。”而《每日电讯报》则预示着一个“读心术可能成为一种收获”的时代。

你可能会认为像德伦·布朗这样的著名读心术者刚刚发明了一种心灵感应植入术。相反,这些报告来自一项由15人参与的小型研究,研究人员最终能够仅通过大脑活动来重建单词的声音模式。

这项研究包括将电子传感器直接连接到接受脑部手术的人的大脑上,以了解他们如何处理播放给他们的单个单词。研究人员证明,大脑将单词分解成复杂的电活动模式。他们能够创造一种数学算法,将大脑活动解码并翻译成原始声音的粗略版本。

但是重建的单词质量不够好,演奏时不能被人识别。只有在视觉上比较原始和重建的声音模式时,单词才能被识别。

这项激动人心的新研究确实提高了大脑活动有一天会被移植物翻译成单词的前景。这种技术可以帮助大量患有语言障碍的人。但重要的是要认识到,这项研究还处于非常早期的阶段,而且一个有效的植入手术还需要很长的时间。

这个故事来自哪里?

这项研究是由加州大学伯克利分校的研究人员领导的北美大学合作进行的。它由几项学术资助资助,发表在同行评议的科学杂志《公共科学图书馆(plos)生物学》上。

研究人员报告说,人类大脑已经进化出复杂的机制,将高度可变的声音解码成有意义的语言元素,如单词。在人类身上理解这种复杂的解码被证明是困难的,因为它需要记录暴露的大脑的大脑活动(去掉头骨)。

这项研究利用了罕见的癫痫和脑肿瘤脑外科手术的案例,使得研究人员能够通过将传感器直接连接到大脑表面来测量大脑活动。这为理解人类大脑如何识别语言提供了一个独特的机会。

这项研究由于其未来主义的吸引力而受到媒体的广泛报道,并且经常被赋予科幻的角度,一些人认为“读心术可能成为一种收获”。这项研究确实提高了开发一种设备的可能性,这种设备可以在将来将想法翻译成语言。然而,重要的是要注意作者自己的谨慎——在这种设备成为一种收获之前,将思想转化为文字的技术需要大大改进。

这是什么样的研究?

这是一项针对15名因癫痫或脑瘤接受脑部手术的人的小型研究。它观察了在处理口语单词时所涉及的复杂的大脑活动,如声波形式和音节频率,是否可以用计算机程序重建。

研究人员认为大脑处理内部想法的方式类似于听到声音,并希望这种技术最终能被用来帮助那些不能说话的人,比如那些处于昏迷状态或非常害怕的“封闭综合症”的人。

这项研究涉及什么?

15名因癫痫或脑瘤接受脑外科手术的患者被要求测试来自不同母语为英语的人的47个真实或虚构的单词和句子。当所有患者被纳入研究时,他们都有正常的语言能力。

在这个过程中,来自大脑的电信号被多个传感器记录下来,这些传感器直接连接到大脑中被称为颞侧皮层的部分,包括被认为在语音处理中非常重要的颞上回。

为了理解和模拟处理听到的单词的大脑活动,研究人员使用了一种被称为“刺激重建”的方法。在这种情况下,刺激听到的是一个口语单词。

听到单词会引起大量的大脑活动,包括识别和处理单词声音的不同方面,例如不同的声音频率和音节时间。单词重构包括创建一个数学程序(使用计算机软件的pke ),能够解码大量的大脑活动,从而能够识别参与者听到的原始单词。

将来自不同数学模型(pnear和non-pnear)的重构信号与直接从大脑表面检测到的信号进行比较,以了解它们在听到说话时模仿大脑活动的能力。研究人员还使用这些模型来识别大脑中与处理这些信息相关的最重要的区域,以及影响声音重建准确性的其他因素。

基本结果是什么?

在构建数学模型时,他们发现大脑的stg区域对于准确预测原始单词的声音模式非常重要。

由数学模型产生的声音模式允许识别特定的单词,这些单词是直接从使用单词的病人的大脑活动中产生的。这些都是以声音模式这个词的视觉表现形式出现的。总共有47个单词成对出现,平均而言,该模型在每十个例子中大约有九个(89%)正确识别了该单词。这明显好于50%的正确识别,这可以通过简单的猜测看出。

然而,重要的是,重构单词所产生的质量不够好,不能被演奏的人识别。只有在视觉上比较原始和重建的声音模式时,单词才被重新认知。

研究人员发现,不同类型的数学模型在重建具有特定特征的单词发音时表现更好。

研究人员如何解释这些结果?

作者总结说,他们的结果表明,语音信号的关键方面可以从stg活动中重建。

结论

这项对15名接受脑外科手术的人进行的研究展示了一种仅使用从大脑获得的信号来重建听到的单词的声音的方法。这项研究代表了语音重建领域的一个重要进展,它有可能改善许多未来患有语音困难的患者的pve。

但是这些单词,当被重建时,质量不够好,演奏时不能被人类识别。只有在视觉上比较原始和重建的声音模式时,才能识别这些词。研究人员建议,改进检测stg大脑活动的大脑传感器,将来可能会将重建的声音提高到一个人能够理解的水平。

用于重建单词的数学公式还处于非常早期的阶段,需要大量的改进和发展,才能考虑在将来用于植入物或类似装置中。类似地,未来的语音重建研究需要证明它在大量的单词、句型和语言中是有效的。目前,这个数学程序只在47个英语单词的编辑词汇上测试过。

这项研究首次展示了语音重建技术在未来改变有通信问题的人的视觉诱发电位的潜力。

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