Gubitak sposobnosti govora zbog neuroloških oštećenja može biti neverovatno izolujući. Ali zahvaljujući nedavnom napretku u tehnologiji, postoji nada na horizontu. Naučnici su radili na neuralnim govornim protezama, specijalnim uređajima koji mogu pomoći ljudima koji imaju problema sa govorom tako što će prevesti aktivnost mozga u govor.
U nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Inteligencija mašina prirode, tim istraživača NIU na čelu sa Iao Vang-om – profesorom elektrotehnike i računarstva i biomedicinskog inženjerstva na NIU Tandon, kao i članom NIU VIRELESS-a – i Adeen Flinker – vanrednim profesorom biomedicine Inženjerstvo na NIU Tandon i neurologija na NIU Grossman School of Medicine—i Tandon ECE Ph.D. student Ksupeng Chen predstavio je značajan napredak u dekodiranju govora korišćenjem neuronskih arhitektura.
Snimali su signale iz mozga i transformisali ih u zvučni govor. Nadovezujući se na prethodna istraživanja, njihov rad uvodi modifikacije koje poboljšavaju tačnost dekodiranja u širem spektru glasova.
Jedna ključna inovacija leži u prilagođavanju neuronskih arhitektura da bi se prilagodile različitim govornim obrascima. Nedavni koraci u mašinskom učenju i sistemima Brain-Computer Interface (BCI) pokrenuli su razvoj neuralnih govornih proteza, nudeći nadu onima koji su pogođeni oštećenjem govora.
Jedna efikasna metoda za prikupljanje podataka za razvoj takvih proteza uključuje elektrokortikografske (ECoG) snimke dobijene od pacijenata sa operacijom epilepsije. Implantirane elektrode pružaju retku priliku za prikupljanje kortikalnih podataka tokom govora sa visokom preciznošću, što dovodi do obećavajućih rezultata u dekodiranju govora.
Prethodno validiran na pet pacijenata, njihov ažurirani pristup je sada validiran na 48 pojedinaca – red veličine veći nego u drugim sličnim radovima, osiguravajući robusniji i generalizovaniji proces dekodiranja.
Dva značajna izazova i dalje postoje u dekodiranju govora od neuronskih signala. Prvo, ograničeno trajanje podataka o obuci je u suprotnosti sa obimnim podacima potrebnim za modele dubokog učenja. Drugo, varijabilnost proizvodnje govora, koja obuhvata varijacije brzine, intonacije i visine tona, komplikuje predstavljanje modela.
Pristup NIU tima koristi jedinstveni sintisajzer govora razvijen u njihovom prethodnom istraživanju. Ovaj sintisajzer prevodi niz interpretabilnih „parametara“ govora, uključujući visinu, frekvenciju, glasnoću, itd., u govor prirodnog zvuka. Razvijeni sistem koristi arhitekturu neuronskih mreža za dekodiranje neuronskih signala u govorne parametre koje sintisajzer koristi za proizvodnju predviđenog govora.
Tim je razvio efikasan cevovod za obuku neuronske mreže koji efikasno radi sa ograničenim podacima o obuci i uporedio je efikasnost različitih arhitektura neuronskih mreža. Sistem može proizvesti govor koji je mnogo bliži stvarnom glasu učesnika studije – jedinstvena karakteristika ovog pristupa.
Možda je najintrigantnije otkriće u vezi sa doprinosom desne hemisfere dekodiranju govora. Tradicionalno desna hemisfera je u senci leve hemisfere, koja je pretežno povezana sa jezičkim funkcijama. Međutim, neki od učesnika su imali samo elektrode implantirane na svojoj desnoj hemisferi, ne dajući istraživačima nikakve informacije o aktivnostima leve hemisfere. Najvažnije je da su i dalje mogli da koriste informacije sa desne hemisfere da bi proizveli tačno dekodiranje govora.
Ovo ne samo da otkriva kako se govor obrađuje i proizvodi u mozgu širom dve hemisfere, već otvara i nove mogućnosti za terapeutske intervencije, posebno u rešavanju poremećaja govora kao što je afazija, nakon oštećenja leve hemisfere.
Pored svojih naučnih otkrića, studija nudi otvoreni izvor neurodekodiranja, olakšavajući saradnju i replikaciju rezultata unutar istraživačke zajednice. Ova inicijativa promoviše transparentnost i ubrzava napredak u oblasti neuronskog dekodiranja.
Implikacije istraživanja za razumevanje složenosti obrade govora i potencijalnih terapijskih puteva su velike i označavaju značajnu prekretnicu u otkrivanju misterija jezičkih sposobnosti ljudskog uma, utirući put budućim otkrićima u neuroinženjeringu i kliničkim intervencijama.
