Zinātnieki var lasīt putna smadzenes un paredzēt tā nākamo dziesmu

Makss Ļitvinovs

Uzņēmēji Silīcija ielejā šogad izvirzīja sev jaunu pārdrošu mērķi: izveidot smadzeņu nolasīšanas ierīci, kas ļautu cilvēkiem bez piepūles nosūtīt tekstus ar savām domām.

Aprīlī Elons Masks paziņoja par jaunu slepenu smadzeņu interfeisa uzņēmumu ar nosaukumu Neuralink. Dažas dienas vēlāk Facebook izpilddirektors Marks Cukerbergs paziņoja, ka tiešās smadzeņu saskarnes galu galā ļaus jums sazināties tikai ar prātu. Uzņēmums saka, ka pie problēmas strādā 60 inženieri.

Tie ir vērienīgi meklējumi, un ir iemesls domāt, ka tas nenotiks tuvākajā laikā. Bet vismaz vienam mazam, oranžknābja putnam, zebras žubītei, sapnis tikko kļuva daudz tuvāks realitātei.

Tas ir pateicoties Timotija Gentnera un viņa Kalifornijas Universitātes Sandjego studentu izcilajam darbam, kurš izveidoja interfeisu no smadzenēm uz tvītu, kas izdomā dziesmu, kuru žubīte nodziedās sekundes daļu, pirms tā to izdarīs. .

Mēs atšifrējam reālistiskas sintētiskas putnu dziesmas tieši no nervu darbības, zinātnieki paziņoja jaunajā ziņojumā, kas publicēts vietnē. bioRxiv . Komanda, kurā ietilpst Argentīnas putnu dziesmu eksperts Ezekvils Arneodo, sauc sistēmu par pirmo sarežģītu, dabisku neironu darbības signālu dekodētāja prototipu. Pētnieki saka, ka līdzīga pieeja varētu veicināt virzību uz cilvēka domas-teksta saskarni.

Zinātnieki saka, ka viņi var paredzēt žubītes dziesmu tieši no tās smadzeņu darbības.

Dziesmputna smadzenes nav pārāk lielas. Bet tā vokalizācija ir līdzīga cilvēka runai tādā veidā, kas padara šos putnus par iecienītākajiem zinātniekiem, kas pēta atmiņu un izziņu. Viņu dziesmas ir sarežģītas. Un, tāpat kā cilvēku valoda, viņi ir iemācījušies. Zebras žubīte savu saucienu apgūst no vecāka putna.

Makoto Fukušima, Nacionālo veselības institūtu līdzstrādnieks, kurš ir izmantojis smadzeņu saskarnes, lai pētītu vienkāršākus pērtiķu ņurdēšanu un dūkošanu, saka, ka putnu dziesmu daudzveidība ir iemesls, kāpēc jaunajiem rezultātiem ir nozīmīga ietekme uz pielietojumu cilvēka runā.

Pašreizējās smadzeņu saskarnes, kas tiek izmēģinātas cilvēkiem, galvenokārt izseko neironu signālus, kas atspoguļo cilvēka iedomātās roku kustības, ko var izmantot, lai pārvietotu robotu vai novirzītu kursoru, lai ļoti lēni izvilktu burtus. Tāpēc ideja par ķiveri vai smadzeņu implantu, kas bez piepūles var uztvert to, ko mēģināt pateikt, joprojām ir diezgan tālu no tā, lai to realizētu.

Bet tas nav absolūti neiespējami, kā liecina jaunais pētījums. UCSD komanda nomodā putniem izmantoja silīcija elektrodus, lai izmērītu neironu elektrisko pļāpāšanu smadzeņu daļā, ko sauc par sensoro-motorisko kodolu, kur rodas komandas, kas veido apgūtās dziesmas veidošanos.

Eksperimentā tika izmantota neironu tīkla programmatūra, kas ir mašīnmācības veids. Pētnieki programmā ievadīja gan neironu aktivizēšanas modeli, gan faktisko dziesmu, kas tika iegūta ar tā apstāšanās un palaišanas, kā arī frekvences maiņu. Ideja bija apmācīt viņu programmatūru, lai tā atbilstu vienai otrai, ko viņi sauca par spektra kartēšanu no neirona uz dziesmu.

Komandas galvenais jauninājums bija vienkāršot tulkošanu no smadzenēm uz tvītu, iekļaujot fizisku modeli tam, kā žubītes rada troksni. Putniem nav balss saišu kā cilvēkiem; tā vietā viņi izšauj gaisu pa vibrējošu virsmu savā rīklē, ko sauc par sirinksu. Padomājiet par to, kā jūs varat radīt skaļu čīkstēšanu, saliekot kopā divas papīra lapas un pūšot pie malas.

Gala rezultāts, saka autori: mēs atšifrējam reālistiskas sintētiskas putnu dziesmas tieši no nervu darbības. Savā ziņojumā komanda saka, ka tā var paredzēt, ko putns dziedās apmēram 30 milisekundes, pirms tas to darīs.

Rezultātus varat noklausīties pats tālāk esošajā audio. Paturiet prātā, ka zebras žubīte nav lakstīgala. Tā dziesma vairāk atgādina staccato čīkstēšanu.

Nebrīvē turētas zebras žubītes dziesma.

Tā pati dziesma, kā prognozēts no neironu ierakstiem žubītes smadzenēs.

Dziesmuputni jau tagad ir nozīmīgs pētniecības modelis. Īlona Muska uzņēmumā Neuralink putnu zinātnieki bija vieni no pirmajiem galvenajiem darbiniekiem. Un UCSD triks, koncentrējoties uz muskuļu kustību noteikšanu aiz runas, var būt arī galvenā attīstība.

Facebook ir paziņojis, ka cer, ka cilvēki varēs rakstīt tieši no savām smadzenēm ar ātrumu 100 vārdi minūtē, privāti sūtot tekstus, kad vien vēlas. Ierīce, kas spēj nolasīt komandas, kuras jūsu smadzenes sūta muskuļiem, kamēr jūs veicat zembalsīgus izteikumus (klusu runu), iespējams, ir daudz reālistiskāka nekā tā, kas nolasa domas.

Gentners un viņa komanda cer, ka viņu žubītes palīdzēs to padarīt iespējamu. Viņi raksta, ka esam demonstrējuši [smadzeņu un mašīnu saskarni] sarežģītam komunikācijas signālam, izmantojot dzīvnieku modeli cilvēka runai. Viņi piebilst, ka mūsu pieeja nodrošina arī vērtīgu izmēģinājuma pamatu biomedicīnas runas protezēšanas ierīcēm.

Citiem vārdiem sakot, mēs esam mazliet tuvāk īsziņu sūtīšanai no mūsu smadzenēm.

paslēpties