Los científicos de la Universidad de California en San Diego han logrado una hazaña que podría revolucionar los dispositivos para personas con discapacidad del habla. Usando algoritmos especializados, lograron reproducir el canto del pinzón cebra solo usando su actividad cerebral como referencia.

El estudio es el primero de su tipo, y los detalles se publicaron en la revista Current Biology. En sus experimentos lograron reproducir el tono, el volumen y el timbre de las vocalizaciones originales de la especie. Y aunque los resultados se limitan a aves cantoras, hay altas expectativas de que estos proporcionen bases sólidas para el desarrollo de prótesis vocales para personas que han perdido la capacidad de hablar.

Grabaciones neuronales del canto de pinzones cebra adultos

Los investigadores implantaron electrodos de silicio en pinzones cebra adultos machos a fin de monitorear su actividad neuronal mientras cantaban. Esto abarcó la actividad eléctrica de diferentes poblaciones de neuronas ubicadas en la parte sensoriomotora del cerebro, responsable del control de los músculos que intervienen en el canto.

Luego, introdujeron las grabaciones neuronales en algoritmos de aprendizaje automático como una especie de entrenamiento para el siguiente experimento. El objetivo era reproducir copias del canto de los pinzones cebra a partir de la actividad cerebral recolectada.

Ecuaciones matemáticas para modelar el canto de las aves

Sin embargo, el equipo era consciente de que traducir estos patrones musicales no sería tarea fácil; al ser tan numerosos, es difícil arrojar una sola solución que sea totalmente congruente con la original. Por ello, se aseguraron de usar representaciones simples de los patrones de vocalización de las aves cantoras.

Pinzón cebra, ave cuyo canto se pudo reproducir a partir de grabaciones de la actividad cerebral.

“Si necesita modelar cada pequeño matiz, cada pequeño detalle del sonido subyacente, entonces el problema del mapeo se vuelve mucho más desafiante”, dijo Vikash Gilja, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC San Diego, coautor de el estudio.

Podría decirse que trataron de simplificarse el trabajo (o de hacerlo más eficiente) haciéndolo paso a paso en lugar de hacerlo de forma directa. Modelaron en forma de ecuaciones matemáticas los cambios físicos, como los cambios de presión y tensión que ocurren en el órgano vocal de los pinzones (siringe) mientras cantan. Luego, introdujeron la información en los algoritmos, y estos se encargarían de traducir la actividad cerebral en el canto.

“Al tener esta simple representación del complejo comportamiento vocal de los pájaros cantores, nuestro sistema puede aprender mapeos que son más robustos y más generalizables para una gama más amplia de condiciones y comportamientos”, añadió Gilja.

Reproducción del canto a partir de la actividad cerebral como base para el desarrollo de prótesis vocales

Mientras cantan, los pájaros escuchan su propia canción y la ajustan de acuerdo a las interacciones con otros en su entorno de manera continua. Algo similar ocurre en la producción vocal de los humanos: hay retroalimentación y monitoreo continuo del contexto, pues de lo contrario, tartamudearíamos.

Por esta razón, una prótesis vocal exitosa deberá funcionar rápidamente, adaptándose a todo el ciclo de retroalimentación y realizando ajustes en el proceso. Pero para poder lograrlo, primero es necesario buscar formas de traducir los pensamientos al habla.

En la actualidad, las personas que tienen algún tipo de discapacidad del habla usan dispositivos implantables que permiten generar textos que reflejan lo que quieren comunicar. Estos funcionan generando hasta 20 palabras por minuto.

Pero este logro podría mejorar el panorama para estos casos. El avance en este tipo de investigaciones podría dar lugar al desarrollo de una prótesis vocal que permita a estas personas comunicarse a través del habla.

Referencia:

Neurally driven synthesis of learned, complex vocalizations. https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00733-8

Escribir un comentario