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Forscher übersetzen, wie nichtmenschliche Primaten Geräusche hören

Forscher übersetzen, wie nichtmenschliche Primaten Geräusche hören

Menschen mit Hörverlust können dank der Arbeit von Forschern der Brown University möglicherweise eines Tages klar sprechen.

Sie waren in der Lage, die neuronalen Signale im Gehirn von Rhesusaffen, einer Art von Affen der Alten Welt, aufzunehmen und diese über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle in englische Wörter zu übersetzen.

Die Arbeit könnte den Weg für Gehirnimplantate ebnen, um Hörgeschädigten zu helfen.

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Der Prozess nichtmenschlicher Primaten klingt genauso wie der des Menschen

"Das übergeordnete Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Schall im Gehirn von Primaten verarbeitet wird", sagte Arto Nurmikko, Professor an der Brown's School of Engineering, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Carney Institute for Brain Science in Brown und leitender Autor der Studie, in einer Presse Release, das die Arbeit hervorhebt. "Was letztendlich zu neuen Arten von Nervenprothesen führen könnte."

Laut dem Forscherteam sind die Gehirnsysteme von Menschen und nichtmenschlichen Primaten während der anfänglichen Verarbeitungsphase gleich. Es tritt im auditorischen Kortex auf und sortiert Geräusche nach Tonhöhe oder Ton. Die Töne werden dann im sekundären auditorischen Kortex verarbeitet. Dort werden Töne als Wörter unterschieden.

Diese Informationen werden dann zur Verarbeitung und dann zur Sprache an verschiedene Teile des Gehirns gesendet. Während nichtmenschliche Primaten wahrscheinlich nicht verstehen, was Wörter bedeuten, wollten Forscher lernen, wie sie Wörter verarbeiten.

Zu diesem Zweck zeichneten sie die Aktivität der Neuronen der Rhesusaffen auf, während sie Aufzeichnungen einzelner englischer Wörter und Makakenrufe hörten.

Die Aufnahmen markieren eine Premiere

Die Forscher stützten sich auf zwei erbsengroße Implantate mit 96-Kanal-Mikroelektrodenarrays, um die Aufzeichnungen zu erhalten.

Die Rhesusaffen konnten ein- und zweisilbige Wörter hören, darunter Baum, Gut, Norden, Kricket und Programm. Es war das erste Mal, dass Wissenschaftler dank der Multielektroden-Arrays komplexe Hörinformationen aufzeichnen konnten.

"Früher hatte die Arbeit Daten aus dem sekundären auditorischen Kortex mit einzelnen Elektroden gesammelt, aber soweit wir wissen, ist dies die erste Multielektrodenaufzeichnung von diesem Teil des Gehirns", sagte Nurmikko. "Im Wesentlichen haben wir fast 200 mikroskopisch kleine Abhörposten, die uns den Reichtum und die höhere Auflösung der erforderlichen Daten bieten können."

RNNs übertrafen herkömmliche Algorithmen

Ein Teil der Studie konzentrierte sich auf die Bestimmung, welcher Decodierungsmodellalgorithmus besser abschnitt. Jihun Lee, ein Doktorand in Zusammenarbeit mit Wilson Truccuolo, einem Experten für Computational Neuroscience, stellte fest, dass die wiederkehrenden neuronalen Netze oder RNNs die Rekonstruktionen mit der höchsten Wiedergabetreue hervorbrachten.

Es übertraf herkömmliche Algorithmen, die bei der Dekodierung neuronaler Daten aus anderen Bereichen des Gehirns wirksam waren, "erheblich". Ziel ist es, eines Tages neuronale Implantate zu entwickeln, die dazu beitragen können, das Gehör der Menschen wiederherzustellen.

"Das angestrebte Szenario ist, dass wir Systeme entwickeln, die einen Großteil des Hörapparats umgehen und direkt ins Gehirn gelangen", sagte Nurmikko.

"Dieselben Mikroelektroden, mit denen wir in dieser Studie die neuronale Aktivität aufgezeichnet haben, können eines Tages verwendet werden, um kleine Mengen elektrischen Stroms in Mustern zu liefern, die den Menschen die Wahrnehmung vermitteln, bestimmte Geräusche gehört zu haben." Ihre Arbeit wurde in einer Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationsbiologie.


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