Исследователи могут предсказать, какие слоги будет петь птица и когда она будет их петь, путем считывания электрических сигналов в ее мозге, — сообщает новое исследование Калифорнийского университета в Сан-Диего, — пишет eurekalert.org со ссылкой на PLoS Computational Biology.

Способность предугадывать голосовое поведение птицы по активности ее мозга — первый шаг к созданию голосовых протезов для людей, утративших способность говорить.

«Наша работа создает основу для этой более глобальной цели, — сказал Дарил Браун, специалист по электротехнике и вычислительной технике, студент инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор исследования. — Мы изучаем пение птиц таким образом, чтобы помочь нам приблизиться на один шаг к разработке интерфейса мозг-машина для вокализации и общения».

В исследовании изучается, как активность мозга певчих птиц, таких как зебровый зяблик, может быть использована для прогнозирования вокального поведения птиц. Вокализации певчих птиц представляют особый интерес для исследователей из-за их сходства с человеческой речью; это одновременно сложные и усвоенные модели поведения.

В этой работе исследователи имплантировали силиконовые электроды в мозг взрослых самцов зебр зябликов и регистрировали нервную активность птиц, пока они пели. Исследователи изучили особый набор электрических сигналов, называемых потенциалами локального поля. Эти сигналы были записаны в той части мозга, которая необходима для обучения и воспроизведения песни.

Особенность локальных полевых потенциалов заключается в том, что они используются для прогнозирования вокального поведения людей. Эти сигналы до сих пор были тщательно изучены в человеческом мозге, но не в мозге певчих птиц.

Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего хотели восполнить этот пробел и посмотреть, можно ли аналогичным образом использовать те же сигналы у зебровых вьюрков для прогнозирования вокального поведения. Этот проект является совместным усилием инженеров и нейробиологов Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством Викаша Гилья — профессора электротехники и компьютерной инженерии, и Тимоти Гентнера — профессора психологии и нейробиологии.

«Нашей мотивацией для изучения возможностей местных полей было то, что большая часть дополнительной работы человека по разработке речевых протезов была сосредоточена на этих типах сигналов, — сказал Гиля. — В этой статье мы показываем, что есть много общего в этом типе передачи сигналов между зебровым зябликом и людьми, а также другими приматами. С помощью этих сигналов мы можем начать расшифровывать намерение мозга генерировать речь».

«В долгосрочной перспективе мы хотим использовать подробные знания, которые мы получаем от мозга певчих птиц, для разработки коммуникативного протеза, который может улучшить качество жизни людей, страдающих различными заболеваниями и расстройствами», — сказал Гентнер.

Исследователи обнаружили, что различные характеристики локальных потенциалов поля переводятся в определенные слоги птичьего пения, а также в то, когда эти слоги будут встречаться во время песни. Используя эту систему, мы можем с высокой точностью предсказать начало вокального поведения певчей птицы — в какой последовательности она будет петь и когда она будет петь», — сказал Браун.

Исследователи могут даже предсказать вариации последовательности песен, вплоть до слога. Например, предположим, что пение птицы построено на повторяющемся наборе слогов «1, 2, 3, 4», и время от времени последовательность может меняться на что-то вроде «1, 2, 3, 4, 5,» или «1, 2, 3» Исследователи обнаружили, что особенности потенциалов локального поля выявляют эти изменения.

«Эти формы вариации важны для нас при проверке гипотетических речевых протезов, потому что человек не может просто повторять одно предложение снова и снова, — сказал Гилья. — Удивительно, что мы обнаружили параллели между сигналами мозга, которые регистрируются и документируются в исследованиях физиологии человека, с нашим исследованием на певчих птицах».