Ученые подслушали внутреннюю речь человека по импульсам нейронов мозга

1 февраля 2012 года

Американские нейрофизиологи создали методику, позволяющую считывать электрические сигналы из нейронов центра слуха в мозге человека и преобразовывать их в слова, которые мы слышим или произносим про себя, и опубликовали ее в статье в журнале PLoS Biology.

"Наше открытие - отличная новость для пациентов, у которых механизм воспроизведения речи не работает из-за инсульта или бокового амиотрофического склероза (болезни Стивена Хоукинга). Если у нас получится воспроизвести воображаемые реплики по активности нейронов в мозге, то тогда тысячи таких больных смогут воспользоваться этой системой", - пояснил руководитель исследовательской группы Роберт Найт (Robert Knight) из университета штата Калифорния в Беркли (США).

Найт и его коллеги создали установку, которая, при прослушивании живой человеческой речи, следит за нервными импульсами в центре слуха человека и воспроизводит их при помощи компьютерной программы. Для работы устройства требуется специальный "словарь", позволяющий программе подбирать подходящие звуки под характерные колебания импульсов, возникающие при прослушивании определенных слов.

Авторы статьи подготовили его при активной помощи со стороны 15 добровольцев, страдавших эпилепсией, которую можно было излечить лишь хирургическим путем. Перед операцией медики вживили в их мозг множество электродов для определения очага активности во время припадков. Нейрофизиологи использовали их для другой цели - наблюдения за электрической активностью мозга в центре слуха.

Исследователи приглашали своих подопечных в отдельную комнату в клинике, где предлагали надеть наушники и прослушать пятиминутный монолог или диалог. В это время ученые записывали сигналы, поступающие на электроды в их мозге.

Найт и его коллеги использовали данные этого эксперимента для создания алгоритма, описывающего возможные комбинации активных и неактивных нервных клеток в центре слуха в момент, когда человек слышит то или иное слово.

"Мы смотрим, в каких участках коры мозга активность возрастает в тот момент, когда человек слышит звуки определенной частоты, и по сочетанию этих участков мы восстанавливаем оригинальный звук. Это можно сравнить с тем, как хороший пианист может "слышать" музыку по последовательности клавиш, на которые нажимает другой музыкант в видеоролике без звука", - пояснил один из участников группы Брайан Пасли (Brian Pasley) из университета штата Калифорния в Беркли.

Ученые проверили работу своего изобретения, еще раз воспользовавшись помощью той же группы добровольцев. На этот раз в их наушниках проигрывалась аудиозапись длиной в одно слово, после чего компьютерная программа пыталась воспроизвести его по записанным нервным импульсам.

"Я не думал, что все это будет работать, но Брайану удалось реализовать эту идею. Его вычислительная модель умеет воспроизводить звуки, которые слышали пациенты, и мы действительно могли понять "подслушанный" вариант слова, хотя его качество оставляло желать лучшего", - добавил Найт.

Ученые полагают, что их изобретение можно будет приспособить для создания "нейропротезов", позволяющих вернуть дар речи людям, которые его утратили по тем или иным причинам.

"Последние эксперименты с нейропротезами показали, что мозг может управлять движением искусственных конечностей. Проектировка и сборка пригодных к использованию синтезаторов речи будет несомненно сложнее, чем создание искусственных конечностей. Тем не менее, наш эксперимент поднял уровень исследований в области реконструкции языка на новый уровень", - заключают авторы статьи.