Menschen mit Hörverlust können dank der Arbeit von Forschern der Brown University möglicherweise eines Tages klar sprechen.
Sie konnten die neuronalen Signale im Gehirn von Rhesusaffen, einer Art von Affen der Alten Welt, aufnehmen und diese über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle in englische Wörter übersetzen.
Die Arbeit könnte den Weg für Gehirnimplantate ebnen, um Hörgeschädigten zu helfen.
Der Prozess nichtmenschlicher Primaten klingt genauso wie beim Menschen.
„Das übergeordnete Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Schall im Gehirn von Primaten verarbeitet wird“, sagte Arto Nurmikko, Professor an der Brown's School of Engineering, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Brown Carney Institute for Brain Science und leitender Autor der Studieein Pressemitteilung Hervorhebung der Arbeit. „Was letztendlich zu neuen Arten neuronaler Prothesen führen könnte.“
Laut dem Forscherteam sind die Gehirnsysteme von Menschen und nichtmenschlichen Primaten während der anfänglichen Verarbeitungsphase gleich. Sie treten im auditorischen Kortex auf und sortieren Geräusche nach Tonhöhe oder Ton. Die Geräusche werden dann verarbeitetim sekundären auditorischen Kortex. Dort werden Töne als Wörter unterschieden.
Diese Informationen werden dann zur Verarbeitung und dann zum Sprechen an verschiedene Teile des Gehirns gesendet. Während nichtmenschliche Primaten wahrscheinlich nicht verstehen, was Wörter bedeuten, wollten Forscher lernen, wie sie Wörter verarbeiten.
Um dies zu tun, zeichneten sie die Aktivität der Neuronen der Rhesusaffen, während sie Aufzeichnungen einzelner englischer Wörter und Makakenrufe hörten.
Die Aufnahmen markieren eine erste
Die Forscher stützten sich auf zwei erbsengroße Implantate mit 96-Kanal-Mikroelektrodenarrays, um die Aufzeichnungen zu erhalten.
Die Rhesusaffen konnten ein- und zweisilbige Wörter hören, darunter Baum, Gut, Norden, Kricket und Programm. Es war das erste Mal, dass Wissenschaftler dank der Multielektroden-Arrays komplexe Hörinformationen aufzeichnen konnten.
„Früher wurden bei der Arbeit Daten aus dem sekundären auditorischen Kortex mit einzelnen Elektroden gesammelt, aber soweit wir wissen, ist dies die erste Multielektrodenaufzeichnung aus diesem Teil des Gehirns“, sagte Nurmikkodas kann uns den Reichtum und die höhere Auflösung der erforderlichen Daten geben. “
RNNs übertrafen herkömmliche Algorithmen
Ein Teil der Studie konzentrierte sich auf die Bestimmung, welcher Decodierungsmodellalgorithmus besser funktioniert. Jihun Lee, ein Doktorand in Zusammenarbeit mit Wilson Truccuolo, einem Experten für Computational Neuroscience, stellte fest, dass die wiederkehrenden neuronalen Netze oder RNNs die Rekonstruktionen mit der höchsten Wiedergabetreue ergaben.
Es übertraf herkömmliche Algorithmen, die neuronale Daten aus anderen Bereichen des Gehirns effektiv dekodierten, "erheblich". Ziel ist es, eines Tages neuronale Implantate zu entwickeln, die dazu beitragen können, das Gehör der Menschen wiederherzustellen.
"Das Zielszenario ist, dass wir Systeme entwickeln, die einen Großteil des Hörapparats umgehen und direkt ins Gehirn gelangen", sagte Nurmikko.
„Dieselben Mikroelektroden, mit denen wir in dieser Studie die neuronale Aktivität aufgezeichnet haben, können eines Tages verwendet werden, um kleine Mengen elektrischen Stroms in Mustern zu liefern, die den Menschen die Wahrnehmung vermitteln, bestimmte Geräusche gehört zu haben.“ Ihre Arbeit wurde im Journal veröffentlicht. Naturkommunikationsbiologie .