Ученые смогут прочитать мысли птиц с помощью нейросетей

В этом году предприниматели Кремниевой долины поставили перед собой смелую задачу: создать устройство для чтения сигналов мозга, которое позволит легко отправлять сообщения прямо из мыслей.

В апреле Илон Маск объявил о новой засекреченной компании под названием Neuralink. Ее профиль – создание нейрокомпьютерного интерфейса. Несколько дней спустя гендиректор Facebook Марк Цукерберг отметил, что «благодаря нейрокомпьютерным интерфейсам все, что вам потребуется для общения в будущем, – это ваш мозг». Компания утверждает, что над этой задачей работают 60 инженеров.

Это амбициозный квест, и есть основания полагать, что его не пройдут в ближайшее время. Однако, судя по эксперименту с маленьким оранжевым зябликом, мечта стала немного ближе к реальности.

Это случилось благодаря работе Тимоти Гентнера и его студентов из Калифорнийского университета Сан-Диего. Они создали интерфейс, вычисляющий, какую песню споет птица, за доли секунды до того, как она издаст первые звуки.

«Мы декодируем синтетическое пение птиц непосредственно из их нервной деятельности», – объяснили ученые в новом отчете, опубликованном на сайте bioRxiv. Команда, в состав которой входит аргентинский специалист по пению птиц Эзекиэль Арнеодо, называет систему первым прототипом «расшифровщика сложных естественных сигналов связи из нервной деятельности». По мнению исследователей, аналогичный подход может способствовать продвижению в области декодирования человеческого мышления.

Мозг певчих птиц не слишком велик. Но его вокализация похожа на человеческую речь, что делает этих птиц фаворитами ученых, изучающих память и познание. Их песни сложны, и они изучаются, как язык человека. Например, зяблик узнает свой клич от старшей птицы.

Макото Фукушима использовал нейрокомпьютерные интерфейсы для анализа звуков, изданных обезьянами. Он утверждает, что пение птиц представлено в более широком диапазоне. Поэтому результаты исследования имеют важное значение для дальнейшего изучения человеческой речи.

Современные мозговые интерфейсы, в основном, отслеживают нейронные сигналы, отражающие воображаемые движения рук человека. Однако идея шлема или мозгового имплантата, который может легко обнаружить, что вы пытаетесь сказать, по-прежнему остается далекой от реализации.

И все же это достижимо. Команда ученых Калифорнийского университета Сан-Диего использовала кремниевые электроды для измерения активности нейронов в сенсорно-моторном ядре головного мозга птиц. В этом отделе обрабатываются команды, отвечающие за воспроизведение песен.

В эксперименте использовалось ПО нейронной сети. Исследователи загружали в программу образцы нервной ткани и трель, которая начиналась и заканчивалась с разной частотой. Идея заключалась в том, чтобы подготовить свое программное обеспечение к эксперименту и зафиксировать соответствия между нейронами и мелодиями.

Инновационная идея команды ученых – упростить процесс перевода за счет внедрения физической модели создания шумов. В отличие от людей, у птиц нет голосовых связок. Звук издаётся вследствие вибраций стенок сиринкса (голосового органа птиц) и козелка. Представьте, что вы можете издать высокий звук, соединив два листа бумаги и подув на их края.

В своем отчете исследователи утверждают, что могут предсказать пение птицы за 30 миллисекунд до появления первых звуков.

Птичьи трели уже превратились в важную исследовательскую модель. В Neuralink Илона Маска орнитологи были одними из первых ключевых сотрудников. Возможно, уловка специалистов Калифорнийского университета также простимулирует развитие в этой области.

Facebook надеется, что люди смогут набирать сообщения прямо из своего мозга со скоростью сто слов в минуту, отправляя тексты, когда захотят. Устройство, способное читать команды, которые ваш мозг посылает в мышцы, пока вы формируете субвокальные высказывания, вероятно, выглядит намного реалистичнее, чем расшифровщик мыслей.

Гентнер и его команда надеются, что их разработки помогут воплотить эту мечту в жизнь. «Мы продемонстрировали работу нейрокомпьютерного интерфейса для сложного коммуникационного сигнала, используя модель животного с учетом особенностей человеческой речи, – пишут они. – Наше исследование также внесет вклад в разработку речевых протезов».

Другими словами, мы стали немного ближе к набору текстовых сообщений напрямую из мозга.