Forskare kan läsa en fågels hjärna och förutsäga dess nästa sång

Max Litvinov

Entreprenörer i Silicon Valley i år satte upp ett djärvt nytt mål för sig själva: att skapa en hjärnläsningsenhet som skulle tillåta människor att utan ansträngning skicka texter med sina tankar.

I april tillkännagav Elon Musk ett hemlighetsfullt nytt hjärngränssnittsföretag som heter Neuralink. Dagar senare förklarade Facebooks vd Mark Zuckerberg att direkta hjärngränssnitt [kommer] så småningom att låta dig kommunicera bara med ditt sinne. Företaget säger att det har 60 ingenjörer som arbetar med problemet.

Det är ett ambitiöst uppdrag - och det finns skäl att tro att det inte kommer att hända snart. Men för åtminstone en liten fågel med orange näbb, zebrafinken, blev drömmen bara mycket närmare verkligheten.

Det är tack vare några fiffiga arbeten av Timothy Gentner och hans studenter vid University of California, San Diego, som byggde ett hjärna-till-tweet-gränssnitt som räknar ut låten en fink kommer att sjunga en bråkdel av en sekund innan den gör det .

Vi avkodar realistisk syntetisk fågelsång direkt från neural aktivitet, meddelade forskarna i en ny rapport publicerad på webbplatsen bioRxiv . Teamet, som inkluderar den argentinske fågelsångsexperten Ezequiel Arneodo, kallar systemet den första prototypen av en avkodare av komplexa, naturliga kommunikationssignaler från neural aktivitet. Ett liknande tillvägagångssätt kan underblåsa framsteg mot ett mänskligt tanke-till-text-gränssnitt, säger forskarna.

Forskare säger att de kan förutsäga en finks sång direkt från dess hjärnaktivitet.

En sångfågels hjärna är inte för stor. Men dess vokaliseringar liknar mänskligt tal på ett sätt som gör dessa fåglar till en favorit bland forskare som studerar minne och kognition. Deras låtar är komplexa. Och som mänskligt språk är de lärda. Zebrafinken lär sig sitt kall från en äldre fågel.

Makoto Fukushima, en stipendiat vid National Institutes of Health som har använt hjärngränssnitt för att studera de enklare grymtningarna och kurren som apor gör, säger att det rikare utbudet av fågelsång är anledningen till att de nya resultaten har viktiga konsekvenser för tillämpningen i mänskligt tal.

Aktuella hjärngränssnitt som prövats hos människor spårar mestadels neurala signaler som reflekterar en persons föreställda armrörelser, som kan användas för att flytta en robot eller rikta en markör för att mycket långsamt plocka ut bokstäver. Så idén om en hjälm eller hjärnimplantat som utan ansträngning kan ta upp det du försöker säga är fortfarande ganska långt ifrån att förverkligas.

Men det är inte strikt omöjligt, som den nya studien visar. Teamet vid UCSD använde kiselelektroder i vakna fåglar för att mäta det elektriska tjatret från neuroner i en del av hjärnan som kallas den sensoriska-motoriska kärnan, där kommandon som formar produktionen av inlärd sång kommer från.

Experimentet använde neurala nätverksprogram, en typ av maskininlärning. Forskarna matade in i programmet både mönstret av neural avfyring och själva sången som blev resultatet, med dess stopp och starter och ändrade frekvenser. Tanken var att träna deras mjukvara att matcha den ena till den andra, i vad de kallade neural-till-låt-spektrummappningar.

Teamets främsta innovation var att förenkla hjärnan-till-tweet-översättningen genom att införliva en fysisk modell av hur finkar låter. Fåglar har inte stämband som människor har; istället skjuter de luft över en vibrerande yta i halsen, kallad syrinx. Tänk på hur du kan göra ett högt gnäll genom att sätta ihop två papperslappar och blåsa i kanten.

Slutresultatet, säger författarna: Vi avkodar realistisk syntetisk fågelsång direkt från neural aktivitet. I sin rapport säger teamet att det kan förutsäga vad fågeln kommer att sjunga cirka 30 millisekunder innan den gör det.

Du kan lyssna på resultaten själv i ljudet nedan. Tänk på att zebrafinken inte är någon näktergal. Dess låt är mer som ett staccato-kvackande.

Sången om en fången zebrafink.

Samma låt, som förutspåtts från neurala inspelningar inuti finkens hjärna.

Sångfåglar är redan en viktig forskningsmodell. På Elon Musks Neuralink var fågelforskare bland de första nyckelanställda. Och UCSD:s knep att fokusera på att upptäcka muskelrörelserna bakom tal kan också vara en nyckelutveckling.

Facebook har sagt att de hoppas att folk kommer att kunna skriva direkt från sina hjärnor med 100 ord per minut, och privat skicka texter när de vill. En enhet som kan läsa de kommandon din hjärna skickar ut till musklerna medan du är engagerad i subvokala yttranden (tyst tal) är förmodligen mycket mer realistisk än en som läser tankar.

Gentner och hans team hoppas att deras finkar hjälper till att göra det möjligt. Vi har demonstrerat ett [hjärna-maskin-gränssnitt] för en komplex kommunikationssignal, med hjälp av en djurmodell för mänskligt tal, skriver de. De tillägger att vårt tillvägagångssätt också ger en värdefull provningsgrund för biomedicinska talproteser.

Med andra ord, vi är lite närmare att skicka sms från våra hjärnor.

Dölj