Es posible recrear el canto de un pájaro leyendo solo su actividad cerebral, muestra un primer estudio de prueba de concepto de la Universidad de California en San Diego. Los investigadores pudieron reproducir las complejas vocalizaciones del pájaro cantor hasta el tono, volumen y timbre del original.
Publicado el 16 de junio en Biología actual , el estudio sienta las bases para la construcción de prótesis vocales para personas que han perdido la capacidad de hablar.
"El estado actual del arte en prótesis de comunicación son los dispositivos implantables que le permiten generar resultados textuales, escribiendo hasta 20 palabras por minuto", dijo el autor principal Timothy Gentner, profesor de psicología y neurobiología en UC San Diego ".Ahora imagine una prótesis vocal que le permita comunicarse naturalmente con el habla, diciendo en voz alta lo que está pensando casi como lo está pensando. Ese es nuestro objetivo final y la próxima frontera en la recuperación funcional ".
El enfoque que están usando Gentner y sus colegas involucra pájaros cantores como el pinzón cebra. La conexión con las prótesis vocales para humanos puede no ser obvia, pero de hecho, las vocalizaciones de un pájaro cantora son similares al habla humana en varias formas. Son complejas,y son comportamientos aprendidos.
"En la mente de muchas personas, pasar de un modelo de pájaro cantor a un sistema que eventualmente entrará en los humanos es un salto evolutivo bastante grande", dijo Vikash Gilja, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC San Diego, quien es co-autor del estudio. "Pero es un modelo que nos da un comportamiento complejo al que no tenemos acceso en los modelos típicos de primates que se usan comúnmente para la investigación de prótesis neurales".
La investigación es un esfuerzo de colaboración cruzada entre ingenieros y neurocientíficos de UC San Diego, con los laboratorios Gilja y Gentner trabajando juntos para desarrollar tecnologías de grabación neuronal y estrategias de decodificación neuronal que aprovechan la experiencia de ambos equipos en experimentos neurobiológicos y conductuales.
El equipo implantó electrodos de silicio en pinzones cebra adultos machos y monitoreó la actividad neuronal de las aves mientras cantaban. Específicamente, registraron la actividad eléctrica de múltiples poblaciones de neuronas en la parte sensoriomotora del cerebro que, en última instancia, controla los músculos responsables del canto..
Los investigadores introdujeron las grabaciones neuronales en algoritmos de aprendizaje automático. La idea era que estos algoritmos pudieran hacer copias generadas por computadora de canciones reales de pinzones cebra basándose únicamente en la actividad neuronal de las aves. Pero traduciendo patrones de actividad neuronal en patronesde sonidos no es una tarea fácil.
"Hay demasiados patrones neuronales y demasiados patrones de sonido como para encontrar una sola solución sobre cómo mapear directamente una señal sobre la otra", dijo Gentner.
Para lograr esta hazaña, el equipo utilizó representaciones simples de los patrones de vocalización de las aves. Se trata esencialmente de ecuaciones matemáticas que modelan los cambios físicos, es decir, cambios en la presión y la tensión, que ocurren en el órgano vocal de los pinzones, llamadouna siringe, cuando cantan. Luego, los investigadores entrenaron sus algoritmos para mapear la actividad neuronal directamente en estas representaciones.
Este enfoque, dijeron los investigadores, es más eficiente que tener que mapear la actividad neuronal a las propias canciones.
"Si necesita modelar cada pequeño matiz, cada pequeño detalle del sonido subyacente, entonces el problema del mapeo se vuelve mucho más desafiante", dijo Gilja. "Al tener esta simple representación del complejo comportamiento vocal de los pájaros cantores, nuestro sistemapuede aprender mapeos que son más robustos y más generalizables para una gama más amplia de condiciones y comportamientos ".
El siguiente paso del equipo es demostrar que su sistema puede reconstruir el canto de los pájaros a partir de la actividad neuronal en tiempo real.
Parte del desafío es que la producción vocal de los pájaros cantores, como la de los humanos, implica no solo la salida del sonido, sino también un monitoreo constante del entorno y un monitoreo constante de la retroalimentación. Si pones audífonos en humanos, por ejemplo, y demorascuando escuchan su propia voz, interrumpiendo solo la retroalimentación temporal, comienzan a tartamudear. Los pájaros hacen lo mismo. Están escuchando su propia canción. Hacen ajustes según lo que acaban de oírse cantar y lo que esperan.para cantar a continuación, explicó Gentner. Una prótesis vocal exitosa finalmente necesitará funcionar en una escala de tiempo que sea igualmente rápida y también lo suficientemente intrincada para acomodar todo el ciclo de retroalimentación, incluida la realización de ajustes para los errores.
"Con nuestra colaboración", dijo Gentner, "estamos aprovechando 40 años de investigación en aves para construir una prótesis del habla para humanos, un dispositivo que no simplemente convertiría las señales cerebrales de una persona en un conjunto rudimentario de palabras completas, sino queellos la capacidad de hacer cualquier sonido, y por lo tanto, cualquier palabra que puedan imaginar, liberándolos para comunicar lo que deseen ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios e Inga Kiderra. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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