Дар речи
Ученые разработали устройство, которое преобразует мозговые импульсы нейронов мозга в речь. Благодаря этой технологии в будущем люди, потерявшие голос из-за паралича, рака горла, амиотрофического латерального склероза или болезни Паркинсона, снова смогут говорить.
Раньше ученые пытались понять, как определенные звуки отображаются сигналами в мозге и на основе этого переводить эти сигналы в речь. Но этот метод не был эффективным.
Чанг и его коллеги выбрали другой подход. Они стали изучать зоны мозга, посылающие сигналы, необходимые для координации последовательности движений языка, губ, челюсти и горла во время разговора.
«Мы решили, что раз эти мозговые центры речи отвечают скорее за движения, нежели за звуки, именно на них нам следует обратить внимание при расшифровке сигналов», – поведал ученый Гопала Ануманчипалли, специализирующийся на речевой деятельности, ведущий автор исследования.
Учитывая скорость и сложность движений, совершаемых человеком во время речи, такая задача представляла собой дьявольски-сложный вычислительный процесс, который позже был изложен в журнале Nature.
Раньше простой диалог был невозможен из-за крайне низкой скорости общения, но новая разработка обещает изменить все. Например, синтезаторы речи, вроде тех, что использовал Стивен Хокинг, работают за счет выведения букв слов с помощью глаза или движений мышц лица. С их помощью люди могут говорить со скоростью примерно восемь слов в минуту, вместо обычных ста-ста пятидесяти.
«Впервые у нас появилась возможность переводить мысли в речь», – говорит Эдвард Чанг, профессор нейрохирургии Калифорнийского университета в Сан-Франциско и главный автор работы.
«Смеем предположить, что при наличии такой технологии, мы сможем создать устройство, которое, с клинической точки зрения, станет прорывом для пациентов с утратой функций речи».
Профессор когнитивной нейробиологии Оксфордского университета, Кейт Уоткинс, считает работу огромным прорывом. «Это могло бы сыграть ключевую роль в создании устройства, которое подарит людям, лишенным голоса, возможность снова говорить», – сказала она.
Суть эксперимента
Команда выбрала пятерых добровольцев, которые должны были подвергнуться нейрохирургическому вмешательству из-за эпилепсии. Во время подготовки к операции врачи временно вживили в их мозг электроды, чтобы выявить судорожные очаги. После этого добровольцев попросили прочитать вслух несколько сотен предложений, в то время как ученые записывали активность тех зон мозга, которые участвуют в воспроизведении речи.
Нужно было расшифровать речь последовательными способами: перевода сначала электрических сигналов мозга в звуковые движения, а затем этих движений в звуки речи.
Благодаря тому, что другие исследователи уже накопили огромное количество данных, демонстрирующих, как эти движения связаны со звуками речи, у ученых не было необходимости делать это снова.
Затем они научили алгоритм машинного обучения сопоставлять типы импульсов в мозге со звуковыми движениями, которые они может вызвать, таких как сжатие губ, голосовых связок и смещение кончика языка к нёбу. По их словам, эта технология сравнима с «виртуальным речевым аппаратом», который может контролироваться непосредственно мозгом для синтетического приближения к голосу человека.
Варианты озвучки похожи на нормальный человеческий голос, но как будто с сильным иностранным акцентом.
Чтобы проверить качество артикуляции ученые попросили сотни людей послушать образцы на платформе Amazon Mechanical Turk и пересказать услышанное. В одном из тестов опрашиваемые должны были вычленить 25 слов, как конкретных, так и любых других, из ста данных предложений. В 43% случаев предложения были поняты идеально.
Такие звуки как «ш» [sh] и «з» [z] были точно переданы, как и пол и интонация говорящего, в отличие от звуков «б» [b] и «п» [p].
По словам Уоткинс, эти дефекты не должны стать существенным барьером в коммуникации. На практике люди привыкают к особенностям речи других и понимают ее.
Ученым также удалось расшифровать новые предложения, которым не был обучен алгоритм, что представляется значительным преимуществом технологии. Следующее важное тестирование покажет, сможет ли человек, лишенный речи, использовать устройство, не обучая его на собственном голосе.
Сила слова
В книге «Скафандр и бабочка» французский журналист Жан-Доминик Боби рассказал о своей жизни после того, как стал парализованным после инсульта. Он вспоминал, что самое грустное в таком положении — невозможность рассказать анекдот:
«Стрела самой тонкой остроты может притупиться и утратить свой смысл, когда требуется несколько минут, чтобы направить ее. Под конец и сам хорошенько не понимаешь, что казалось таким забавным до того, как ты начал старательно диктовать это буква за буквой».
С 90-х, когда Боби диктовал свою книгу по буквам с помощью моргания левым глазом, существенных изменений не произошло.
Синтезатор речи, как те, что использовал Хокинг, распознают движения пользователей и могут использовать технологию автоматического ввода текста, чтобы ускорить процесс. Но слова все еще выводятся с мучительно низкой скоростью.
Последний прорыв может позволить людям, потерявшим голос из-за болезни или ранения, общаться естественно, без лишних усилий. Люди смогут не только озвучивать свои мысли, но и получать удовольствие от беседы.
Перевод и адаптация Анна Лисовая, редакция Include
Оригинал материала: https://www.theguardian.com
Фотографии: https://www.flickr.com/
В контексте: