Gli scienziati possono leggere il cervello di un uccello e prevedere la sua prossima canzone

Max Litvinov

Gli imprenditori della Silicon Valley quest'anno si sono posti un nuovo audace obiettivo: creare un dispositivo di lettura del cervello che consentisse alle persone di inviare messaggi con i propri pensieri senza sforzo.

Ad aprile, Elon Musk ha annunciato una nuova società segreta di interfacce cerebrali chiamata Neuralink. Giorni dopo, il CEO di Facebook Mark Zuckerberg ha dichiarato che le interfacce cerebrali dirette, alla fine, ti permetteranno di comunicare solo con la tua mente. L'azienda afferma di avere 60 ingegneri che lavorano al problema.

È una ricerca ambiziosa e ci sono ragioni per pensare che non accadrà presto. Ma per almeno un uccellino dal becco arancione, il fringuello zebra, il sogno è diventato molto più vicino alla realtà.

Questo grazie ad alcuni lavori ingegnosi di Timothy Gentner e dei suoi studenti dell'Università della California, San Diego, che hanno costruito un'interfaccia cervello-tweet che scopre la canzone che un fringuello canterà una frazione di secondo prima che lo faccia .

Decodifichiamo il realistico canto degli uccelli sintetico direttamente dall'attività neurale, hanno annunciato gli scienziati in un nuovo rapporto pubblicato sul sito web bioRxiv . Il team, che comprende l'esperto di canto degli uccelli argentino Ezequiel Arneodo, definisce il sistema il primo prototipo di un decodificatore di segnali di comunicazione complessi e naturali provenienti dall'attività neurale. Un approccio simile potrebbe alimentare i progressi verso un'interfaccia pensiero-testo umano, affermano i ricercatori.

Gli scienziati affermano di poter prevedere il canto di un fringuello direttamente dalla sua attività cerebrale.

Il cervello di un uccello canoro non è troppo grande. Ma le sue vocalizzazioni sono simili al linguaggio umano in modi che rendono questi uccelli i preferiti degli scienziati che studiano la memoria e la cognizione. Le loro canzoni sono complesse. E, come il linguaggio umano, vengono appresi. Il fringuello zebra impara il suo richiamo da un uccello più anziano.

Makoto Fukushima, un collega del National Institutes of Health che ha utilizzato le interfacce cerebrali per studiare i grugniti e i tubature più semplici prodotti dalle scimmie, afferma che la gamma più ricca di canti degli uccelli è il motivo per cui i nuovi risultati hanno importanti implicazioni per l'applicazione nel linguaggio umano.

Le attuali interfacce cerebrali provate negli esseri umani tracciano principalmente segnali neurali che riflettono i movimenti immaginari del braccio di una persona, che possono essere cooptati per spostare un robot o dirigere un cursore per estrarre molto lentamente le lettere. Quindi l'idea di un casco o di un impianto cerebrale in grado di raccogliere senza sforzo ciò che stai cercando di dire rimane piuttosto lontana dall'essere realizzata.

Ma non è del tutto impossibile, come mostra il nuovo studio. Il team dell'UCSD ha utilizzato elettrodi di silicio in uccelli svegli per misurare le vibrazioni elettriche dei neuroni in una parte del cervello chiamata nucleo senso-motorio, dove hanno origine i comandi che modellano la produzione del canto appreso.

L'esperimento ha utilizzato un software di rete neurale, un tipo di apprendimento automatico. I ricercatori hanno inserito nel programma sia il modello di attivazione neurale che il vero canto che ne risultava, con i suoi arresti e inizi e le frequenze che cambiano. L'idea era quella di addestrare il loro software in modo che corrisponda l'uno all'altro, in quelle che hanno definito mappature dello spettro neurale-canzone.

La principale innovazione del team è stata quella di semplificare la traduzione da cervello a tweet incorporando un modello fisico di come i fringuelli fanno rumore. Gli uccelli non hanno le corde vocali come le persone; invece, sparano aria su una superficie vibrante nella loro gola, chiamata siringa. Pensa a come puoi fare un lamento acuto mettendo insieme due pezzi di carta e soffiando sul bordo.

Il risultato finale, affermano gli autori: decodifichiamo il realistico canto degli uccelli sintetico direttamente dall'attività neurale. Nel loro rapporto, il team afferma di poter prevedere cosa canterà l'uccello circa 30 millisecondi prima che lo faccia.

Puoi ascoltare tu stesso i risultati nell'audio qui sotto. Tieni presente che il fringuello zebra non è un usignolo. La sua canzone è più simile a un ciarlatano staccato.

Il canto di un fringuello zebra in cattività.

La stessa canzone, come previsto dalle registrazioni neurali all'interno del cervello del fringuello.

Gli uccelli canori sono già un importante modello di ricerca. Al Neuralink di Elon Musk, gli scienziati degli uccelli sono stati tra i primi assunti chiave. E anche il trucco dell'UCSD di concentrarsi sul rilevamento dei movimenti muscolari dietro il linguaggio potrebbe essere uno sviluppo chiave.

Facebook ha affermato che spera che le persone siano in grado di digitare direttamente dal proprio cervello a 100 parole al minuto, inviando messaggi in privato ogni volta che vogliono. Un dispositivo in grado di leggere i comandi che il tuo cervello invia ai muscoli mentre sei impegnato in espressioni subvocali (discorso silenzioso) è probabilmente molto più realistico di uno che legge i pensieri.

Gentner e il suo team sperano che i loro fringuelli contribuiscano a renderlo possibile. Abbiamo dimostrato una [interfaccia cervello-macchina] per un segnale di comunicazione complesso, utilizzando un modello animale per il linguaggio umano, scrivono. Aggiungono che il nostro approccio fornisce anche un prezioso banco di prova per i dispositivi biomedici di protesi del linguaggio.

In altre parole, siamo un po' più vicini agli sms dal nostro cervello.

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