Preskočiť na obsah Preskočiť na pätu (NCP VaT)
VEDA NA DOSAH – váš zdroj informácií o slovenskej vede

Umelá inteligencia zrekonštruovala skladbu skupiny Pink Floyd zo záznamov mozgovej aktivity

VEDA NA DOSAH

Neurovedci pomocou umelej inteligencie, ktorá dešifrovala signály mozgu, opäť vytvorili skladbu Another Brick In The Wall, Part 1.

Fotografia členov skupiny Pink Floyd, na pozadí 3D ilustrácia fialovo-modrých hudobných vĺn

Vedci zaznamenali signály z viacerých oblastí mozgu ľudí, ktorí počas operácie počúvali skladbu skupiny Pink Floyd. Analýzou zaznamenaných signálov pomocou modelu umelej inteligencie opäť vytvorili počúvanú skladbu. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com, Wikimedia Commons

Vedcom sa po prvý raz podarilo demonštrovať, že elektrická aktivita mozgu sa dá dekódovať. Využili ju na rekonštrukciu hudobnej skladby slávnej kapely Pink Floyd. Ako píše časopis Scientific American, vedci dúfajú, že mozgové implantáty v budúcnosti pomôžu ľuďom, ktorí majú zasiahnuté rečové centrum mozgu, aby opäť mohli hovoriť.

Nová štúdia publikovaná v časopise Plos Biology informuje o výskume, pri ktorom sa analyzovali dáta 29 pacientov s epilepsiou. Pacienti počas operácie pasívne počúvali skladbu Another Brick in the Wall, Part 1 od skupiny Pink Floyd. Prostredníctvom 2 688 elektród vo veľkosti poštovej známky, ktoré vedci umiestnili na povrch mozgu každého pacienta, vedci zaznamenávali signály z viacerých oblastí.

Analýza umelej inteligencie

Elektródy zachytávali mozgovú aktivitu oblastí, ktoré súvisia so spracovávaním vnemov súvisiacich s hudbou, ako je tón, rytmus, harmónia a text. Na základe zozbieraných dát potom vedci vytrénovali model umelej inteligencie, aby zozbierané záznamy dešifroval.

Model umelej inteligencie analyzoval vzorce reakcií mozgu na rôzne zložky akustického profilu skladby, pričom  ich roztriedil podľa zmeny výšky, rytmu a tónu. Ďalší model potom túto rozčlenenú kompozíciu opäť poskladal, aby vytvoril odhad zvukov, ktoré pacienti počuli. Analýza modelu dospela k výsledku, ktorým bola opäť hudba.

Čiastočná zhoda s pôvodnou skladbou

Spektrogram – vizualizácia audiovĺn – skladby, vygenerovanej umelou inteligenciou, mal 43-percentnú podobnosť so skutočnou Another Brick in the Wall. Hoci išlo o skomolenú verziu piesne, stále sa dalo rozpoznať, o akú skladbu ide. Ako sa uvádza v uverejnenej štúdii, dokonca sa podarilo zachytiť niektoré slová ako all, was a just a brick.

Prečo práve Pink Floyd?

Kognitívny neurovedec a vedúci štúdie Ludovic Bellier pre Scientific American ozrejmil, prečo si vedci vybrali práve skupinu Pink Floyd a konkrétne skladbu Another Brick in the Wall, Part 1: „Vedecký dôvod, ktorý zmieňujeme v uverejnenej štúdii, je, že skladba je mnohovrstvová. Obsahuje komplexné akordy, rôzne nástroje a rytmy, vďaka ktorým je z analytického hľadiska veľmi zaujímavá.“ Zároveň objasnil aj druhý dôvod, ktorý s vedou nemá nič spoločné: „Menej vedeckou príčinou pravdepodobne bude, že skrátka máme radi Pink Floyd.“

Pomoc pre ľudí s poškodením rečového centra

Technológia je síce len na začiatku, no podľa vedcov výskum priniesol sľubné výsledky. Veria, že by raz mohli pomôcť ľuďom, u ktorých došlo k poškodeniu rečového centra v mozgu, napríklad v dôsledku mozgovej mŕtvice, alebo pre pacientov s afáziou či amyotrofickou laterálnou sklerózou. Technológia by ľuďom umožnila komunikovať ľudskejšie, spôsobom zohľadňujúcim emócie a rytmiku. Kognitívny neurovedec Robert Knight z Kalifornskej univerzity v Berkeley pre časopis Scientific American uviedol:

„Namiesto robotického I. Love. You (Milujem. Ťa) by mohli zvolať I love you! (Milujem ťa!)“

Premena mozgových vĺn na ľudskú reč

Hoci bol konkrétny experiment zameraný na hudbu, vedci dúfajú, že ich výsledky poslúžia pri premene mozgových vĺn na ľudskú reč. Bez ohľadu na jazyk reč obsahuje melodické odtiene vrátane prízvuku, intonácie a melódie tempa. „Tieto prvky, ktoré nazývame prozódia, sú nositeľmi významu, ktorý nemôžeme vyjadriť len pomocou slov,“ povedal Bellier. Dúfa, že tento model zlepší rozhrania mozog – počítač (brain – computer interface, BCI), asistenčné zariadenia, ktoré zaznamenávajú mozgové vlny súvisiace s rečou a používajú algoritmy na rekonštrukciu zamýšľaných správ.

Výzvy budúceho výskumu

V ďalšom výskume sa vedci pokúsia zistiť, či sa dajú modely rozšíriť z hudby, ktorú účastníci počúvali, na imaginárnu vnútornú reč. Podľa neurovedkyne Shailee Jainovej z Kalifornskej univerzity v San Franciscu dúfajú, že sa im poznatky z tohto výskumu podarí uplatniť práve týmto spôsobom: „Keď si ľudia predstavujú, že hovoria slovo, zapájajú sa podobné oblasti, ako keď ho fyzicky vyslovia.“

Podľa vedcov ešte bude potrebné prekonať viaceré prekážky, kým budú môcť túto technológiu reálne uplatniť. Ide o to, že model funguje na báze elektrických záznamov získaných priamo z povrchu mozgu. Vzhľadom na rýchly vývoj v oblasti technológií na zaznamenávanie mozgovej aktivity možno bude čoskoro možné získavať tieto údaje neinvazívnou cestou bez použitia chirurgických implantátov. Možno sa to podarí aj pomocou vysoko citlivých elektród, ktoré sa jednoducho prichytia na pokožku hlavy.

Zdroj: Scientific American, NewScientist, Plos Biology, Rolling Stone

(zh)

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.