跨物種腦-腦連接！聽障人士通過豚鼠大腦聽到了聲音

明敏 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

想知道你的寵物每天都在想什么嗎？

現(xiàn)在，這事真的有可能實(shí)現(xiàn)了。

最近《Scientific Reports》發(fā)表的一篇研究中，科學(xué)家們成功把人類和豚鼠的大腦連接在了一起。

他們發(fā)現(xiàn)，人類可以識別豚鼠腦內(nèi)的語音信息，識別率最高可達(dá)70%。

也就是說，人類和豚鼠之間實(shí)現(xiàn)了腦-腦傳輸信息（brain-to-brain interface）。

這不禁讓人想開個(gè)腦洞：

或許有一天，我們真的能跨物種腦電波交流了！

用豚鼠大腦聽到聲音

所以，人類識別豚鼠腦內(nèi)的信息，是怎么做到的？

首先，科學(xué)家們選擇讓人類聽到所傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同物種大腦之間的信息傳輸，科學(xué)家們選擇把豚鼠的大腦看做一個(gè)可以處理信息的機(jī)器，即“編碼器”。

研究人員在豚鼠的下丘腦植入多通道微電極，用它來記錄豚鼠的神經(jīng)反應(yīng)模式。

試驗(yàn)過程中，他們給豚鼠聽一個(gè)單詞，豚鼠的聽覺系統(tǒng)會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，多通道微電極把這一過程中產(chǎn)生的信號傳輸給人類。

而人類想要接收到信號，則需要用到人工耳蝸，可以將它理解為一個(gè)解碼器。

人工耳蝸本身可以把聲音轉(zhuǎn)化為一定形式的電信號，通過植入人體內(nèi)的電極系統(tǒng)刺激聽覺神經(jīng)，從而恢復(fù)或重建人的聽覺功能。

在這項(xiàng)試驗(yàn)中，研究人員只需要把電信號輸送給人工耳蝸，人體內(nèi)的電極系統(tǒng)用這些信號刺激聽覺神經(jīng)，然后人就能聽懂豚鼠所聽到的單詞了。

具體效果如何呢？

研究人員主要設(shè)置了兩種測試：

第一項(xiàng)測試中，受試者并不知道自己聽的是一個(gè)單詞，他只需要描述出所聽到聲音的長度、節(jié)奏和響度；

第二項(xiàng)測試，則是讓受試者在給出的4個(gè)單詞中，選出認(rèn)為自己聽到的那一個(gè)。

判斷測試情況好壞主要也有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

第一是測試對象是否可以選出正確的單詞；

第二則是不考慮所選單詞的對錯(cuò)，只要測試對象能判斷出聲音信號來自于同一個(gè)單詞即可。

總的來說，受試者在選擇單詞的測試中的表現(xiàn)更好：

他們選擇出正確詞匯的概率在34.8%；

能夠識別出同一個(gè)單詞的概率有53.6%，最高識別率達(dá)到了70%。

而在描述測試中，在告知測試對象所聽到的聲音信號來自于一個(gè)單詞后，8位受試者中有6人可以在50%以上的測試中識別出相同單詞的信號。

雖然成功率不是非常高，但是這樣的結(jié)果也足以讓人感到興奮了。

研究人員也表明，成功率不高和試驗(yàn)條件有一定關(guān)系。

比如豚鼠下丘腦對低頻率聲音的記錄非常有限，500赫茲以下的信號幾乎沒有被記錄。

也就是說一些可以區(qū)別單詞的關(guān)鍵頻率，可能沒有被記錄到。

上圖中，圖（c）是受試者大腦接收信號后的神經(jīng)元光柵圖，從中可以看出，受試者接收的最低頻率為500赫茲。

以及該研究中的測試對象均為人工耳蝸的使用者，他們的聽覺系統(tǒng)已經(jīng)受損，神經(jīng)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)地退化，所以這也會(huì)影響他們判讀聲音信號的準(zhǔn)確性。

One More Thing

如此賽博朋克的研究，也讓網(wǎng)友們開了腦洞，有人就激動(dòng)地表示：

我迫不及待想知道我的狗子每天在想什么！

我一定會(huì)又癡迷又害怕。

不過這項(xiàng)研究可真不是為了讓你能知道自家狗子腦子里想啥的。

本質(zhì)上，它更多是為了探索新的聲音編碼方式。

科學(xué)家們可以通過研究動(dòng)物編碼聲音信息的方式，來開發(fā)新的語音編碼方式，進(jìn)一步提升人工耳蝸在噪音感知、音樂編碼等方面的性能，為聽障人群提供更好的體驗(yàn)。

該研究的通訊作者為西北大學(xué)范伯格醫(yī)學(xué)院的Alan G. Micco博士，目前他是一名耳鼻喉科醫(yī)生，主要研究領(lǐng)域?yàn)槿斯ざ?、聽神?jīng)瘤。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41598-021-90823-1#Sec9

參考鏈接：https://news.ycombinator.com/item?id=27491721