Les scientifiques peuvent lire le cerveau d'un oiseau et prédire son prochain chant

Max Litvinov

Les entrepreneurs de la Silicon Valley se sont fixé cette année un nouvel objectif audacieux : créer un appareil de lecture cérébrale qui permettrait aux gens d'envoyer sans effort des textes avec leurs pensées.

En avril, Elon Musk a annoncé une nouvelle société secrète d'interface cérébrale appelée Neuralink. Quelques jours plus tard, le PDG de Facebook, Mark Zuckerberg, a déclaré que les interfaces cérébrales directes [vont], à terme, vous permettre de communiquer uniquement avec votre esprit. La société affirme avoir 60 ingénieurs travaillant sur le problème.

C'est une quête ambitieuse et il y a des raisons de penser que cela n'arrivera pas de si tôt. Mais pour au moins un petit oiseau à bec orange, le diamant mandarin, le rêve est devenu beaucoup plus proche de la réalité.

C'est grâce au travail astucieux de Timothy Gentner et de ses étudiants de l'Université de Californie à San Diego, qui ont construit une interface cerveau-tweet qui détermine la chanson qu'un pinson va chanter une fraction de seconde avant qu'il ne le fasse .

Nous décodons des chants d'oiseaux synthétiques réalistes directement à partir de l'activité neuronale, ont annoncé les scientifiques dans un nouveau rapport publié sur le site. bioRxiv . L'équipe, qui comprend l'expert argentin du chant des oiseaux Ezequiel Arneodo, appelle le système le premier prototype d'un décodeur de signaux de communication complexes et naturels provenant de l'activité neuronale. Une approche similaire pourrait alimenter les avancées vers une interface pensée-texte humaine, selon les chercheurs.

Les scientifiques disent qu'ils peuvent prédire le chant d'un pinson directement à partir de son activité cérébrale.

Le cerveau d'un oiseau chanteur n'est pas trop gros. Mais ses vocalisations sont similaires à la parole humaine d'une manière qui fait de ces oiseaux un favori des scientifiques qui étudient la mémoire et la cognition. Leurs chansons sont complexes. Et, comme le langage humain, ils sont appris. Le diamant mandarin apprend son appel d'un oiseau plus âgé.

Makoto Fukushima, membre des National Institutes of Health qui a utilisé des interfaces cérébrales pour étudier les grognements et les roucoulements plus simples des singes, explique que la gamme plus riche de chants d'oiseaux est la raison pour laquelle les nouveaux résultats ont des implications importantes pour l'application dans la parole humaine.

Les interfaces cérébrales actuelles testées chez l'homme suivent principalement les signaux neuronaux qui reflètent les mouvements de bras imaginaires d'une personne, qui peuvent être cooptés pour déplacer un robot ou diriger un curseur pour picorer très lentement des lettres. Ainsi, l'idée d'un casque ou d'un implant cérébral capable de capter sans effort ce que vous essayez de dire reste assez loin d'être réalisée.

Mais ce n'est pas strictement impossible, comme le montre la nouvelle étude. L'équipe de l'UCSD a utilisé des électrodes de silicium chez des oiseaux éveillés pour mesurer le bavardage électrique des neurones dans une partie du cerveau appelée noyau sensori-moteur, d'où proviennent les commandes qui façonnent la production de chansons apprises.

L'expérience a utilisé un logiciel de réseau neuronal, un type d'apprentissage automatique. Les chercheurs ont introduit dans le programme à la fois le modèle de déclenchement neuronal et la chanson réelle qui en a résulté, avec ses arrêts et ses départs et ses fréquences changeantes. L'idée était de former leur logiciel pour qu'il corresponde l'un à l'autre, dans ce qu'ils ont appelé des mappages de spectre neuronal à chanson.

La principale innovation de l'équipe était de simplifier la traduction cerveau-to-tweet en incorporant un modèle physique de la façon dont les pinsons font du bruit. Les oiseaux n'ont pas de cordes vocales comme les gens; au lieu de cela, ils projettent de l'air sur une surface vibrante dans leur gorge, appelée syrinx. Pensez à la façon dont vous pouvez faire un gémissement aigu en mettant deux morceaux de papier ensemble et en soufflant sur le bord.

Le résultat final, disent les auteurs : nous décodons des chants d'oiseaux synthétiques réalistes directement à partir de l'activité neuronale. Dans leur rapport, l'équipe dit qu'elle peut prédire ce que l'oiseau chantera environ 30 millisecondes avant qu'il ne le fasse.

Vous pouvez écouter vous-même les résultats dans l'audio ci-dessous. Gardez à l'esprit que le diamant mandarin n'est pas un rossignol. Son chant ressemble plus à un charlatanisme saccadé.

Le chant d'un diamant mandarin en captivité.

La même chanson, comme prédit à partir d'enregistrements neuronaux à l'intérieur du cerveau du pinson.

Les oiseaux chanteurs sont déjà un modèle de recherche important. Chez Neuralink d'Elon Musk, les scientifiques des oiseaux ont été parmi les premières embauches clés. Et l'astuce de l'UCSD consistant à se concentrer sur la détection des mouvements musculaires derrière la parole peut également être un développement clé.

Facebook a déclaré qu'il espère que les gens pourront taper directement à partir de leur cerveau à 100 mots par minute, en envoyant des textes en privé quand ils le souhaitent. Un appareil capable de lire les commandes que votre cerveau envoie aux muscles pendant que vous êtes engagé dans des énoncés subvocaux (discours silencieux) est probablement beaucoup plus réaliste que celui qui lit les pensées.

Gentner et son équipe espèrent que leurs pinsons aideront à rendre cela possible. Nous avons démontré une [interface cerveau-machine] pour un signal de communication complexe, en utilisant un modèle animal pour la parole humaine, écrivent-ils. Ils ajoutent que notre approche fournit également un terrain d'essai précieux pour les prothèses vocales biomédicales.

En d'autres termes, nous sommes un peu plus proches des textos de notre cerveau.

cacher