Tehnologia de auz controlată prin creier facilitează izolarea vocilor în mulțimi
Cercetătorii de la Zuckerman Institute al Universității Columbia au obținut primele dovezi directe din studii umane că tehnologia de auz controlată prin creier poate ajuta oamenii să distingă o voce într-o mulțime.
Aceste descoperiri inițiale sugerează că, în viitor, cercetătorii ar putea dezvolta un dispozitiv de augmentare a auzului capabil să depășească problemele pe care aparatele auditive convenționale le întâmpină în medii zgomotoase. Studiul lor a fost publicat online în revista Nature Neuroscience.
„Am dezvoltat un sistem care acționează ca o extensie neurală a utilizatorului, valorificând capacitatea naturală a creierului de a filtra toate sunetele dintr-un mediu complex pentru a izola dinamic conversația specifică pe care doresc să o audă”, a declarat Nima Mesgarani.
„Această știință ne împuternicește să ne gândim dincolo de aparatele auditive tradiționale, care amplifică pur și simplu sunetul, către un viitor în care tehnologia poate restabili auzul selectiv sofisticat al creierului uman”, a adăugat Mesgarani.
În cadrul noului studiu, cercetătorii de la Columbia au colaborat cu chirurgi și pacienții lor cu epilepsie, care se aflau în timpul unei intervenții chirurgicale la creier pentru a localiza mai bine sursele convulsiilor. Pacienții internați, care au fost voluntari în cadrul acestui studiu, aveau deja electrozi implantați în creier. Sistemul lui Mesgarani a folosit electrozii pentru a măsura activitatea cerebrală a pacienților în timp ce aceștia se concentrau pe una dintre cele două conversații suprapuse, difuzate simultan. Sistemul a detectat automat conversația la care un pacient era atent și a ajustat volumul în timp real, amplificând acea conversație și reducând intensitatea celeilalte.
O voluntară a descris experiența de a controla sistemul cu creierul său ca fiind literalmente incredibilă. Aceasta i-a acuzat pe cercetători că reglează în secret volumele. Alții au povestit despre prieteni și membri ai familiei cu probleme de auz care ar putea beneficia de o astfel de tehnologie. O persoană a spus: „Pare a fi știință-ficțiune.”
Aparatele auditive moderne excelează în amplificarea vorbirii, în timp ce reduc anumite tipuri de zgomot de fundal, cum ar fi traficul. Totuși, acestea nu pot separa și îmbunătăți vocile de interes; ele amplifică fiecare voce care ajunge la microfon. Acest lucru face dificilă concentrarea asupra unui vorbitor specific în mijlocul unui amalgam de voci.
O soluție promițătoare pentru această problemă este un dispozitiv auditiv care ar putea imita modul în care creierul uman poate identifica și se poate concentra, în mod obișnuit, asupra unui singur vorbitor într-o mulțime, fenomen uneori denumit efectul cocktail party.
În 2012, Mesgarani și colegii săi au descoperit modalități de a identifica seturile de semnale cerebrale legate de conversații specifice în mijlocul unor mulțimi de vorbitori. De exemplu, momentul apogeelor și văilor undelor cerebrale poate coincide cu sunetele și tăcerile dintr-o conversație. De asemenea, au constatat că un model distinct de activitate cerebrală poate dezvălui asupra cărei conversații se concentrează o persoană și care este filtrată.
Aceaste descoperiri ar putea conduce, într-o bună zi, la dezvoltarea unor dispozitive de asistență auditivă care să monitorizeze undele cerebrale pentru a detecta și amplifica conversația de care o persoană este cel mai interesată. De-a lungul a sute de studii realizate în ultimul deceniu, Mesgarani și alții au depășit o serie de provocări pentru a transforma acest vis în realitate, cum ar fi dezvoltarea de algoritmi computerizați pentru a separa automat vocile mai multor vorbitori dintr-un grup și apoi compararea vocilor fiecărui vorbitor cu undele cerebrale ale unui ascultător.
„Întrebarea centrală neclară era dacă tehnologia de auz controlată de creier ar putea trece dincolo de progresele incrementale, spre un prototip care ar putea ajuta pe cineva să audă mai bine în timp real”, a declarat Vishal Choudhari. „Pentru prima dată, am demonstrat că un astfel de sistem care citește semnalele cerebrale pentru a îmbunătăți selectiv conversațiile poate oferi un beneficiu clar în timp real. Acest lucru mută auzul controlat de creier din teorie către aplicație practică.”
Cercetătorii au colaborat cu medici și pacienți care au fost voluntari în cadrul studiului la Hofstra Northwell School of Medicine; la Feinstein Institutes for Medical Research, New York University School of Medicine; și la Departamentul de Neurochirurgie al Universității din California, San Francisco.
Oamenii de știință au dezvoltat algoritmi de învățare automată în timp real care pot examina undele cerebrale și identifica conversația la care pacienții erau atenți. Odată implementat, sistemul lor putea deduce rapid care conversație era urmărită de fiecare ascultător, facilitându-le auzul. Acest lucru s-a întâmplat atât atunci când cercetătorii au ghidat subiecții către o conversație particulară, cât și atunci când subiecții au ales liber, așa cum ar fi necesar într-o conversație din viața reală.
„Pentru ca acest lucru să funcționeze în timp real, sistemul trebuie să fie foarte rapid, precis și stabil pentru ca experiența să fie plăcută pentru ascultător”, a spus Mesgarani.
Cercetătorii au descoperit că noul lor sistem a identificat corect conversația la care voluntarii erau atenți. Acest lucru a îmbunătățit dramatic inteligența vorbirii la care voluntarii s-au concentrat, a redus efortul de ascultare și a fost constant preferat de voluntari în comparație cu conversațiile la care sistemul nu oferea asistență.
O voluntară și-a amintit de unchiul său, care avea probleme de auz. „Îți poți imagina dacă această tehnologie ar exista într-o lume în care… el ar putea avea acces la ea? Ar putea trăi o viață mult mai liniștită…”
Conform Organizației Mondiale a Sănătății, peste 430 de milioane de oameni din întreaga lume suferă de pierderi auditive debilitante, mulți dintre ei având cele mai mari dificultăți în medii sociale zgomotoase. Pierderea auzului netratată este un factor de risc modificabil pentru demență, precum și un contributor principal la depresie și izolare socială. Oamenii de știință afirmă că această cercetare pavează calea pentru viitoare sisteme portabile care ar putea integra detectarea activității cerebrale cu procesarea audio avansată. Acestea ar putea ajuta persoanele cu pierderi auditive și, potențial, să îmbunătățească auzul și să reducă oboseala cauzată de ascultare pentru oricine în medii provocatoare, cum ar fi restaurante, săli de clasă, locuri de muncă aglomerate și întâlniri de familie.
Cercetătorii subliniază că este nevoie de multă muncă înainte ca această tehnologie să fie disponibilă într-o formă portabilă care să funcționeze într-un mod minim invaziv în scenarii reale mai complexe. De exemplu, aceștia ar dori, într-o bună zi, să observe cât de bine poate performa sistemul lor în condiții de ascultare din viața reală, care sunt mai complexe.
„Rezultatele marchează un pas important către o nouă generație de
