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

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

Et ensuite, prédire la parole humaine avec une interface cerveau-ordinateur.

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

En avril, Elon Musk a annoncé la création d’une nouvelle société secrète d’interface cérébrale appelée Neuralink. Quelques jours plus tard, Mark Zuckerberg, PDG de Facebook, déclarait que « les interfaces directes du cerveau [sont] en passe de vous permettre, à terme, de communiquer uniquement avec votre esprit ». 60 ingénieurs travaillent sur le problème.

C’est une quête ambitieuse – et il y a des raisons de croire que cela n’arrivera pas de sitôt. 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 à un travail de Timothy Gentner et de ses étudiants de l’Université de Californie à San Diego, qui ont construit une interface cerveau-à-pépiement qui découvre la chanson qu’un oiseau va chanter une fraction de seconde avant qu’il ne le fasse.

« Nous décodons les chants d’oiseaux synthétiques réalistes directement à partir de l’activité neuronale « , ont annoncé les scientifiques dans un nouveau rapport publié sur le site web bioRxiv. L’équipe, qui comprend l’expert argentin du chant des oiseaux Ezequiel Arneodo, qualifie le système de premier prototype de  » décodeur de signaux complexes et naturels de communication provenant de l’activité neuronale « .

Les scientifiques disent qu’ils peuvent prédire le chant d’un oiseau directement à partir de son activité cérébrale.
Le cerveau d’un oiseau chanteur n’est pas trop gros. Mais ses vocalisations sont semblables à celles de la parole humaine, ce 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 éduqués. Le diamant mandarin apprend son cri d’un oiseau plus âgé.

Makoto Fukushima, un boursier du National Institutes of Health qui a utilisé des interfaces cérébrales pour étudier les grognements et les cris plus simples des singes, dit que la gamme plus riche de chants d’oiseaux explique pourquoi les nouveaux résultats ont « des implications importantes pour l’application dans la parole humaine ».

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

Mais ce n’est pas tout à fait impossible, comme le montre la nouvelle étude. L’équipe de l’UCSD a utilisé des électrodes en silicium sur des oiseaux éveillés pour mesurer le signal électrique des neurones dans une partie du cerveau appelée noyau sensoriel-motorien, où naissent les « commandes qui façonnent la production de chansons savantes ».

L’expérience employait un logiciel de réseau neuronal, un type d’apprentissage machine. Les chercheurs ont introduit dans le programme à la fois le modèle de décision neuronal et la chanson proprement dite qui en a résulté, avec ses arrêts, sdémarrages et ses changements de fréquences. L’idée était de former leur logiciel pour qu’il s’adapte les uns aux autres, dans ce qu’ils appelaient des « cartographies de spectre neuronal du chant ».

La principale innovation de l’équipe a été de simplifier la traduction de cerveau à pépier en incorporant un modèle physique de la façon dont les oiseaux font du bruit. Les oiseaux n’ont pas de cordes vocales comme les gens, mais ils envoient plutôt de l’air sur une surface vibrante dans leur gorge, appelée syrinx. Pensez à la façon dont vous pouvez faire un bruit aigu en mettant deux morceaux de papier ensemble et en soufflant sur le bord.

Le résultat final, disent les auteurs: »Nous décodons le chant 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 de le faire.

Vous pouvez écouter les résultats vous-même dans l’audio ci-dessous. Gardez à l’esprit que le diamant mandarin n’est pas un rossignol. Sa chanson est plus comme un staccato raté.

La même chanson, comme prédit par les enregistrements neuronaux dans le cerveau de l’oiseau.
Les oiseaux chanteurs sont déjà un modèle de recherche important. Chez Elon Musk’s Neuralink, les ornithologues scientifiques ont été parmi les premiers à embaucher. L’UCSD peut également mettre l’accent sur la détection des mouvements musculaires à l’origine de la parole.

Facebook a dit espérer que les gens pourront « taper » directement à partir de leur cerveau à 100 mots par minute, en envoyant des messages privés quand ils le souhaitent, jutse par la pensée. Un appareil capable de lire les commandes que votre cerveau envoie aux muscles pendant que vous êtes engagé dans des énoncés subvocaux (voix silencieuse) est probablement beaucoup plus réaliste qu’un appareil qui lit dans les « pensées ».

Gentner et son équipe espèrent que leurs oiseaux contribueront à rendre cela possible. « Nous avons fait la démonstration d’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 dispositifs biomédicaux de prothèse vocale. »

En d’autres termes, on est un peu plus près du message de notre cerveau.

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