کشف قابلیت مغز در تفکیک صدا توسط پژوهشگر ایرانی

ايسنا/ پژوهشگران "موسسه زوکرمن دانشگاه کلمبيا" (The Zuckerman Institute at Columbia University) در پروژه‌اي با حضور "نيما مسگراني" پژوهشگر ايراني اخيرا اظهار کرده‌اند، مغز ما توانايي چشمگيري در شناسايي يک صدا از ميان چند صدا دارد. پژوهشگران دانشگاه کلمبيا با کمک نيما مسگراني پژوهشگر ايراني اخيرا دريافته‌اند مغز اين قابليت را دارد که يک صدا را از ديگر صداها تفکيک کند. اکتشاف پژوهشگران به حل يک سؤال علمي ديرينه کمک مي‌کند که چگونه مرکز گوش دادن به مغز مي‌تواند يک صدا را از صداي ديگر رمزگشايي و تفکيک کند و کاري کند که يک صداي خاص تقويت شده و شنيده شود. يافته‌هاي اين مطالعه مي‌تواند به توسعه فناوري‌هاي کمک به شنوايي و رابط‌هاي مغز و رايانه که بيشتر به مغز شباهت دارند، کمک کند. دکتر"نيما مسگراني"(Nima Mesgarani) استاد مهندسي برق دانشگاه کلمبيا و نويسنده ارشد اين مطالعه گفت: اين مطالعه درک ما را از ساختار مغز افزايش مي‌دهد و به ما در توسعه فن‌آوري گفتاري و شنوايي کمک مي‌کند. "قشر شنوايي اوليه"(auditory cortex) قطب شنوايي مغز است. گوش داخلي به اين ناحيه مغز سيگنال‌هاي الکتريکي ارسال مي‌کند که اين موضوع نشان دهنده جهشي از امواج صوتي از دنياي خارجي است. قشر شنوايي اوليه پس از آن بايد صداهاي معني دار را از ديگر صداها در شلوغي شناسايي کند. قشر شنوايي اوليه که بر روي لوب گيجگاهي و در کنار هر يک از نيم‌کره‌هاي مغز قرار دارد، در تحليل کردن پيام‌هاي شنيداري پيچيده به ويژه در زمانبندي صدا مانند پيشي و پسي در اصوات گفتار انسان نقش دارد. اطلاعات وارد شده به هر دو گوش، در قشرهاي شنوايي، روي هر دو طرف قشر کدگذاري مي‌شود. دکتر مسگراني در ادامه افزود: بررسي چگونگي عملکرد قشر شنوايي در تفکيک صداهاي مختلف، مانند تلاش براي کشف آنچه در يک درياچه بزرگ رخ مي‌دهد است. مقاله امروز براساس تحقيقات تيم سال ۲۰۱۲ نشان مي‌دهد که مغز انسان در مورد صداهايي که مي‌شنود انتخابي عمل مي‌کند. اين مطالعه نشان داد وقتي شخصي به فردي که در حال صحبت است، گوش مي‌دهد امواج مغزي آنها تغيير مي‌کند تا ويژگي‌هاي صداي گوينده را شناسايي کند و صداهاي ديگر را متوقف کند. محققان طي اين مطالعه قصد داشتند دريابند چطور در آناتومي قشر شنوايي اوليه اين اتفاق رخ مي‌دهد. دکتر "جيمز او سوليوان"(James O'Sullivan) يکي ديگر از پژوهشگران اين مطالعه گفت: ما از مدتها قبل مي‌دانستيم که مناطقي از قشر شنوايي اوليه در يک سلسله مراتب مرتب مي‌شوند و رمزگشايي به طور فزاينده‌اي در هر مرحله اتفاق مي‌افتد، اما ما متوجه نشده بوديم که چگونه يک صداي خاص در اين مسير پردازش مي‌شود. براي درک اين روند، ما نياز به ثبت فعاليت عصبي از مغز به طور مستقيم داشتيم. محققان طي اين مطالعه دو بخش قشر شنوايي اوليه به نام‌هايHeschl's gyrus)HG) و Superior temporal gyrus)STG) را مورد بررسي قرار دادند. آنها دريافتند اطلاعات از گوش ابتدا به HG مي‌رسد، از آن مي‌گذرد و بعداً به STG مي‌رسد. طي اين مطالعه آنها صحبت‌هاي چند فرد را که در حال شنيدن صحبت‌هاي ضبط شده افراد بودند مورد بررسي قرار دادند. مسگراني و او سوليوان امواج مغزي آنها را از طريق الکترودهاي کاشته شده در مناطق HG يا STG افراد نظارت کردند. الکترودها پژوهشگران را قادر ساختند تا تمايز واضحي را در بين نقش‌هاي دو ناحيه مغز در تفسير صداها مشاهده کنند. داده‌ها نشان داد که HG نمايانگر غني و چند بعدي از مخلوط صدا را ايجاد مي‌کند، در نتيجه هر صدا به دليل داشتن فرکانس مختلف از ديگري جدا مي‌شود. پژوهشگران با بررسي داده‌هاي جمع آوري شده از STG متوجه موارد جديد شدند. دکتر او سوليوان گفت: ما دريافتيم که مي‌توان صداي يک بلندگو يا ديگري را با وزني صحيح سيگنال خروجي از HG تقويت کرد. براساس صداهاي ضبط شده اين احتمال وجود دارد که منطقه STG آن تنظيم وزن را انجام دهد. ما دريافتيم تقسيم واضح و مشخصي از وظايف بين اين دو حوزه قشر شنوايي وجود دارد به طوري که HG نماينده است، در حالي که STG انتخاب مي‌کند. اين اتفاقات در حدود ۱۵۰ ميلي ثانيه رخ مي‌دهد که براي شنونده فوري به نظر مي‌رسد. از اطلاعات اين مطالعه مي‌توان به عنوان پايه‌اي براي توسعه الگوريتم هايي که اين فرايند بيولوژيکي را به صورت مصنوعي همانند سمعک‌ها تکرار مي‌کنند، استفاده شود. مسگراني در انتها افزود: هدف نهايي ما درک بهتر اين است که چگونه مغز ما را قادر مي‌سازد تا آنقدر خوب بشنويم و همچنين فناوري‌هايي را ايجاد کنيم که به مردم کمک کند. در اوايل سال جاري، دکتر مسگراني و تيم وي اعلام کردند که موفق به توسعه يک سيستم هوش مصنوعي پيشرفته شده‌اند که قادر به تبديل سيگنال‌هاي مغز به گفتار است. مهندسان مغز و اعصاب مدت‌ها بود در فکر توسعه چنين دستگاهي بودند و براي آن تلاش مي‌کردند. آنها در فکر توسعه سيستمي بودند که توسط آن بتوانند سيگنال‌هاي توليد شده توسط مغز را به کلمات و تصاوير تبديل کنند. در ابتدا اين ايده يک ايده علمي تخيلي محسوب مي‌شد اما اکنون با تلاش پژهشگران اين رؤيا تحقق يافت. در اين مطالعه يک تيم از مهندسان مغز و اعصاب آمريکايي به سرپرستي پژوهشگر ايراني، يک الگوريتم رايانه‌اي را توسعه دادند که اين الگوريتم مي‌تواند سيگنال‌هاي ضبط شده از قشر شنوايي انسان را رمزگشايي کند و آنها را به گفتار قابل فهم تبديل کند. در اين مطالعه پوهشگران داده‌هاي پنج بيمار را در حالي که آنها تحت عمل جراحي مغز و اعصاب براي صرع قرار گرفته بودند، جمع آوري نمودند. الکترودهاي مختلفي درون مغز اين بيماران ايمپلنت شده بود و اين دانشمندان را قادر مي‌ساخت تا در حاليکه بيماران به داستان‌هاي کوتاه که توسط چهار فرد مختلف گفته مي‌شد، گوش مي‌دادند، داده‌هاي الکتروکورتيکوگرافي جامعي را ثبت کند. آنها سپس به جملاتي که توسط افراد مختلف گفته مي‌شدند، گوش دادند و در همان زمان نيز الگوهاي فعاليت مغز آنها را اندازه گرفتند. مسگراني طي آن مطالعه گفت: ما متوجه شديم که افراد مي‌توانند صداها را در حدود ۷۵ درصد از موارد، فهميده و درک کنند. اين "دستگاه تبديل سخن به امواج و بالعکس"(vocoder) حساس و شبکه‌هاي عصبي قدرتمند نشان دهنده صدايي بود که بيماران در ابتدا با دقت شگفت‌آور گوش دادند. يافته‌هاي اين مطالعه در مجله "Neuron" منتشر شد. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد