Memiliki kemampuan untuk memprediksi perilaku suara dari aktivitas otak burung merupakan langkah awal dalam membangun prostesis bagi manusia yang telah kehilangan kemampuan berbicara.

“Pekerjaan kami menyiapkan panggung untuk tujuan yang lebih besar ini,” kata Darryl Brown, yang memegang gelar PhD di bidang teknik listrik dan komputer.Seorang mahasiswa di University of California, San Diego, Jacobs Institute of Technology, dan penulis pertama dari sebuah penelitian yang diterbitkan pada 23 September. Biologi Komputasi PLoS.. “Kami mempelajari panggilan burung dengan cara yang membantu kami mengambil langkah lebih dekat untuk merekayasa antarmuka otak-mesin untuk vokalisasi dan komunikasi.”

Studi ini mengeksplorasi cara untuk memprediksi perilaku suara burung menggunakan aktivitas otak zebra finch dan burung penyanyi lainnya. Nyanyian burung penyanyi sangat menarik bagi para peneliti karena menyerupai ucapan manusia. Keduanya adalah perilaku yang kompleks dan dipelajari.

Dalam studi ini, para peneliti menanamkan elektroda silikon di otak zebra finch jantan dewasa untuk merekam aktivitas saraf saat burung bernyanyi. Para peneliti telah mempelajari serangkaian sinyal listrik tertentu yang disebut potensial medan listrik lokal. Sinyal-sinyal ini direkam di bagian otak yang diperlukan untuk belajar dan menghasilkan lagu.

Keistimewaan potensi lapangan lokal adalah bahwa ia digunakan untuk memprediksi perilaku suara manusia. Sinyal-sinyal ini telah dipelajari secara menyeluruh di otak manusia, tetapi tidak di otak burung penyanyi.

Para peneliti di University of California, San Diego ingin mengisi celah ini dan melihat apakah sinyal yang sama dari zebra finch ini dapat digunakan juga untuk memprediksi perilaku bicara. Proyek ini merupakan upaya kolaboratif antara insinyur dan ahli saraf di University of California, San Diego, yang dipimpin oleh Vikash Gilja, seorang profesor teknik listrik dan komputer, dan Timothy Gentner, seorang profesor psikologi dan neurobiologi.

“Motivasi kami untuk mengeksplorasi kemungkinan bidang lokal adalah bahwa sebagian besar pekerjaan manusia yang saling melengkapi untuk pengembangan pidato buatan difokuskan pada jenis sinyal ini,” kata Gilja. “Risalah ini menunjukkan bahwa ada banyak kesamaan dalam jenis transduksi sinyal antara kutilang zebra dan manusia, dan primata lainnya. Sinyal ini digunakan untuk menghasilkan ucapan di otak. Anda dapat mulai menguraikan niat Anda.”

“Dalam jangka panjang, kami ingin menggunakan pengetahuan rinci yang diperoleh dari otak burung penyanyi untuk mengembangkan prostesis komunikasi yang dapat meningkatkan kualitas hidup manusia yang menderita berbagai penyakit dan gangguan,” kata Gentner.

Para peneliti telah menemukan bahwa berbagai fitur potensial medan listrik lokal diubah menjadi suku kata tertentu dalam nyanyian burung, dan ketika suku kata muncul di antara nyanyian.

“Dengan sistem ini, kita dapat dengan tepat memprediksi awal vokalisasi burung penyanyi. Kita bisa memprediksi urutan di mana burung itu akan bernyanyi dan kapan akan bernyanyi,” kata Brown.

Peneliti bahkan bisa memprediksi perubahan urutan lagu, hingga suku kata. Misalnya, kicau burung dibuat berdasarkan rangkaian suku kata “1, 2, 3, 4” yang berulang dan urutannya dapat berubah menjadi “1, 2, 3, 4, 5”. .. Atau “1, 2, 3”. Karakteristik potensi lapangan lokal mengungkapkan perubahan ini, para peneliti menemukan.

“Manusia tidak hanya mengulangi kalimat berulang-ulang, jadi variasi dalam format ini penting untuk menguji ucapan buatan fiktif,” kata Gilja. “Sangat menarik untuk menemukan kesamaan dalam sinyal otak yang direkam dan didokumentasikan dalam studi fisiologi manusia dengan yang ada dalam studi burung penyanyi.”

Makalah: “Potensi medan listrik lokal di wilayah pra-latihan memprediksi urutan suara yang dipelajari.” Rekan penulis termasuk Jairo I. Chavez, Derek H. Nguyen, Adam Kadwory, Bradley Voytek, Ezequiel M. Arneodo, University of California, San Diego .Ini disertakan.

Pekerjaan ini termasuk National Institutes of Health (R01DC008358, R01DC018055, R01GM134363), National Science Foundation (BCS-1736028), Fog Research Institute for the Brain and Mind (IRG # 2016-004), dan Navy Research Bureau (IRG # 2016-). Didukung oleh 004). MURI N00014-13-1-0205), dan University of California-Historical Black College Initiative.