신경 과학의 돌파구 : 인공 지능이 생각을 번역 함

Columbia University의 Brain-Computer Interface는 최첨단 기술입니다.

출처 : orla / istockphoto

처음에는 키보드가 있었고 터치 및 음성으로 컴퓨팅 장치 및 응용 프로그램을 제어했습니다. 무엇 향후 계획? Mortimer B. Zuckerman의 마인드 브레인 행동 연구소 연구원 뉴욕시의 컬럼비아 대학 (Columbia University)은 인간의 사고를 기존 솔루션보다 높은 명료성과 정확성으로 언어로 변환하는 BCI (brain-computer interface)를 발명 한 “과학적 첫 번째”를 발표했습니다. Nima Mesgarani 박사가 이끄는 연구팀은 Nature research journal 인 Scientific Reports 에서 2019 년 1 월 29 일 연구 결과를 발표했다.

두뇌 – 컴퓨터 인터페이스는 두뇌와 컴퓨터 사이의 양방향 통신 경로입니다. 많은 BCI 연구 프로젝트는 뇌졸중, 척수 손상, 근 위축성 측삭 경화증 (ALS), 실어증 (뇌로 인한 언어 장애)과 같은 운동, 시각, 청력 또는 언어 장애를 잃거나 손상된 사람들을위한 신경 인공 목적에 중심을두고 있습니다 손상), 달팽이관 손상 및 고정 된 증후군.

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이 획기적인 획기적인 발전이 이루어지기까지는 뇌 신호를 디코딩하는 과정에서 선형 회귀를 기반으로 한보다 간단한 컴퓨팅 모델을 사용하여 이해하기 어려운 음성을 생성하는 사운드 주파수 (스펙트로 그램)의 시각적 표현을 분석했습니다. Mesgarani와 그의 연구팀은 음성 합성의 최신 혁신 기술을 AI 심층 학습과 결합하여 재구성 된 음성의 명료도를 향상 시켰으며 결과가 크게 향상되었습니다.

Mesgarani는 Northwell Health Physician Partners Neuroscience Institute의 신경 외과 의사 인 Ashesh Dinesh Mehta, MD, Ph.D.와 파트너가되어 이미 뇌 수술을 받고있는 약 내성 국소 간질 환자의 뇌 활동을 측정했습니다.

침습적 electrocorticography (ECoG)는 4 명의 연사가 30 분 동안 단편을 발표하는 것을 듣는 동안 모든자가보고 정상 청력 능력을 가진 5 명의 연구 참여자의 신경 활동을 측정하는 데 사용되었습니다. 기록 된 신경 패턴은 인간의 음성을 분석하고 합성하는 오디오 프로세서 인 보코더 (vocoder)를 훈련시키기위한 데이터 입력으로 사용되었습니다.

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보코더를 훈련 한 후, 연구자들은 동일한 참가자의 뇌 신호를 기록하면서 스피커를 0에서 9 사이로 들었다. 이 기록 된 두뇌 신호는 보코더를 통해 입력되어 합성 음성을 생성했습니다. 다음으로, 연구자들은 인공 신경망을 사용하여 보코더에 의해 생성 된 연설을 다듬고 정상 청력을 가진 11 명의 피실험자에게 출력을 듣게했습니다.

연구진은 비선형 회귀와 함께 심 신경 네트워크 (DNN)를 사용하면 선형 회귀를 사용하여 청각 스펙트로 그램을 재구성하는 기본 방법에 비해 명료도가 67 % 향상된다는 것을 발견했습니다. 참가자들은 75 % 정확도로 DNN 보코더 조합으로 생성 된 사운드를 이해하고 반복 할 수있었습니다. 연구원은 “특히 훈련 데이터의 양이 많은 다른 기술에 비해 깊은 학습 모델의 우위를 보여주는 연구 결과”와 “훈련 데이터의 양을 늘리면 재구성 정확도가 향상됩니다”라고 말했습니다.

연구진은 인간의 청각 피질에서 정확하고 재현 가능한 음성을 얻을 수있는 음성 신경 인성 절제 기술에 사용될 수있는 일반적인 프레임 워크를 발견했다. 그들은 뇌의 컴퓨터 시스템을 최첨단 “a 마비와 로크 인 증후군으로 고통받는 환자들을위한 차세대 인간 – 컴퓨터 상호 작용 시스템과보다 자연스러운 의사 소통 채널을 향한 발걸음을 내딛었습니다. ”

인공 지능 깊은 학습의 등장은 특히 신경 과학 및 생의학 분야의 분야에서 가능한 과학 발전의 원천을 만들었습니다. 미래에는 컴퓨팅 장치가 인간의 생각으로 관리 될 것인가?

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참고 문헌

하바늘, 칼리 히 네 자드, 바하르, 헤레로, 호세 L., 메타, 애쉬 D, 메스 가르 라니, 니마. “인간의 청각 피질로부터의 이해하기 쉬운 연설을 재구성하기.” 과학적 보고서 . 2019 년 1 월 29 일