Čtvrtek 6. srpna 2020, svátek má Oldřiška
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 6. srpna 2020 Oldřiška

Počítač pozná, co se vám honí hlavou. Vědci umí přeložit myšlenky do slov

  9:09aktualizováno  11:00
Lidský mozek nevnímá slova jen jako zvuky. I proto je obtížné odhalit, co se v něm děje. Vědci z Columbia University dokázali pomocí implantátu a strojového učení zrekonstruovat řeč přímo ze signálů naměřených v mozku. Cesta ke „čtení myšlenek“ však bude ještě dlouhá.

Vědcům se podařilo „odposlechnout“ z mozku čísla, na která člověk myslel | foto: montáž: Pavel Kasík, Technet.cz

V posledních letech se vyrojila řada ukázek toho, jak uplatnit umělou inteligenci, což je nepřesná přezdívka pro počítačové neuronové sítě. Nástroje strojového učení se využívají k překladu cizích jazyků, generování obličejů i videomontáží nebo k hraní složitých deskových her.

Dnes se však podíváme na zajímavý příklad, kdy byla umělá inteligence využita k analýze jiné neuronové sítě. Té tradičnější, která strojové učení inspirovala. Vědci využili počítačovou neuronovou síť k analýze činnosti neuronů v lidském mozku.

Mozek nezaznamenává signály z uší tak, jako je zaznamenává třeba diktafon na magnetofonovou pásku. Ve sluchové kůře mozkové, kam signály ze sluchového ústrojí proudí, dochází zřejmě k jakési interpretaci, například k odlišení důležitých zvuků od šumu. Funkční magnetická analýza mozku ukazuje, že jinak například vnímáme slova v jazyce, kterému rozumíme, a jinak ostatní zvuky. Naše smyslové vnímání je navíc „rozsekané“ do intervalů, mozek tedy namísto nepřetržité aktivity rytmicky „osciluje“.

Bylo by však z naměřené aktivity mozku možné zpětně dekódovat, co mozek právě analyzuje? Právě o to se pokusili vědci z Zuckermanova institutu na Columbia University v New Yorku. Jejich práce s názvem „Směrem k rekonstrukci srozumitelné řeči z lidské sluchové kůry mozkové“ vyšla v recenzovaném odborném časopise Nature - Scientific Reports (PDF).

Než se dostaneme k aktuální studii, připomeňme si, že snaha vědců „podívat se lidem do mozku“ není nijak nová. Moderní metody zahrnují již zmíněnou funkční magnetickou rezonanci nebo povrchové měření elektrické aktivity EEG.

Operace mozku (ilustrační foto)

Operace mozku (ilustrační foto)

Přímým předchůdcem právě vydané studie je práce publikovaná v PLOS roku 2012 (PDF). K měření využila invazivní metody: elektrod vložených operativně přímo na povrch lidského mozku.

Vědcům se tehdy podařilo analýzou elektrických signálů rozpoznat některá konkrétní slova pomocí vizuální rekonstrukce na spektrogramu.

Studie publikovaná v roce 2012 ukazovala, jak pomocí elektrod v mozku...

Studie publikovaná v roce 2012 ukazovala, jak pomocí elektrod v mozku (znázorněná červenou mřížkou) analyzovat a rekonstruovat zaslechnutá slova na úrovni sluchové kůry mozkové.

Na studii z roku 2012 se podílel i doktor Nima Mesgarani, který vedl tým newyorských vědců v aktuální studii. Také tentokrát využili vědci u pěti pacientů implantáty monitorující jemné elektrické signály na povrchu kůry mozkové. Kromě toho přidali další vrstvu – počítačově simulovanou neuronovou síť, tedy strojové učení.

Trénování simulovaného sluchu

„Abychom posunuli hranice dosud nejlepších neuroprotéz, zkombinovali jsme současné pokroky ve strojovém učení s pokroky v syntéze řeči,“ uvádějí vědci ve shrnutí práce. „To nám umožňuje rekonstruovat srozumitelnou řeč přímo z lidské sluchové kůry mozkové.“

Pěti pacientům (kteří měli před sebou tak jako tak operaci mozku kvůli epilepsii) vědci do mozku voperovali jemnou mřížku elektrod. Poté pacienti poslouchali 30 minut příběhů čtených čtyřmi různými čtenáři. Během čtení museli pacienti poslouchat, což vědci namátkou kontrolovali náhodnými pauzami a otázkami.

Těchto třicet minut sloužilo k naměření toho, jak mozek posluchačů reaguje na známá data, tedy na známá slova. Na těchto datech se natrénovala umělá neuronová síť kombinující různé zapojení neuronů do vrstev.

Vědci ukázali, jak z dat získaných elektrodami na povrchu mozku pacienta...

Vědci ukázali, jak z dat získaných elektrodami na povrchu mozku pacienta rekonstruovat, co pacienti slyší. Využili k tomu počítačovou neuronovou síť a syntetizátor řeči.

Poté pacienti poslouchali, jak jim někdo čte čísla od nuly do devítky (tato slova přitom nebyla součástí trénovacích dat). Data naměřená v mozku pacientů pak vědci prohnali natrénovanou neuronovou sítí. K prezentaci výsledků nakonec využili různé druhy syntezátorů řeči. Výsledkem je roboticky znějící hlas, který je sice místy značně zkreslený, ale celkově srozumitelný.

Poslechněte si, jak vědci zrekonstruovali zvuková data z měření v mozku:

„Ukázali jsme, že lidé těmto (syntetizovaným, pozn. red.) slovům rozumí v 75 % případů, což je více, než v jakémkoli předchozím pokusu,“ uvádí vedoucí pokusu Mina Mesgarani. „Citlivý dekodér hlasu a mocné neuronové sítě dokázaly reprodukovat slova, která pacienti slyšeli, s překvapivou přesností.“

Mesgaraniho tým plánuje do budoucna složitější pokusy, včetně rozpoznávání komplikovaných slovních spojení a celých vět. Cílem je přiblížit se porozumění toho, jak lidský mozek reprezentuje a vnímá řeč. To by časem mohlo vést k vývoji implantátu, který by umožňoval převést myšlenky na řeč a usnadnit tak život pacientům, kteří kvůli nemoci nebo úrazu přišli o hlas. 

Nyní komunikují prostřednictvím složitých zařízení a výběru slov z obrazovky. V budoucnu by podle Mesgaraniho bylo možné, aby byla řeč syntetizovaná přímo signály z mozku: „Byla by to revoluce. Dalo by to těmto lidem novou spojení se světem.“

Kromě toho by bylo takový implantát zřejmě možné použít i k dalším diagnostickým účelům. A samozřejmě také ke svatému grálu všech dystopických sci-fi thrillerů: čtení myšlenek.

Autor:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Kvůli koronavirové pandemii vláda rozhodla o odložení zbývajících přechodů na vysílání DVB-T2. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější

Díky, že létáte se SpaceX. Loď Crew Dragon úspěšně dopadla do moře

Američtí astronauti Robert Behnken a Douglas Hurley úspěšně absolvovali nedělní návrat z Mezinárodní vesmírné stanice...

Proč SpaceX v raketách nepoužívá lepší palivo?

Elon Musk se před pár týdny na Twitteru zapojil do diskuze ohledně raketových paliv. A během následné rozpravy...

I Jižní Korea měla své Techtle Mechtle, poradila si jinak než Česko

Jak vypadá vyšetřování velkého ohniska kolem nočního klubu v zemi, kde „chytrá karanténa“ opravdu funguje. Jižní Korea...

Jedna pandemie nestačí. V USA se šíří zákeřná „králičí ebola“

Na jihozápadě USA se šíří mezi domestikovanými i divokými králíky nákaza virem, jehož účinky připomínají lidskou...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Svět je čím dál zelenější. Česko v současnosti míří opačným směrem

Na planetě Zemi v posledních desetiletích přibývá zeleně. Neplatí to však pro všechny státy. Česko bohužel představuje...

Tajemství zlatých adres. Pražská vila za půl miliardy je na prodej

Premium Mohutná, ale v rámci okolní zástavby celkem nenápadná cihlová stavba v srdci diplomatické čtvrti pražské Bubenče je...

Kůže je zrcadlem vnitřních chorob, říká lékař. Jaké nemoci může ukázat?

Premium Vyrážka s pupínky, puchýřky i problémová pigmentová znaménka dokážou pěkně znepříjemnit život, ale mohou být také...

Jak se dělá byznys za miliardy. Agent Paska o přestupu Součka i dalších

Premium Jak se zrodil rekordní přestup záložníka Součka do Anglie? Kam asi tak půjde střelec Schick? Co očekává od zázračného...

  • Další z rubriky

I Jižní Korea měla své Techtle Mechtle, poradila si jinak než Česko

Jak vypadá vyšetřování velkého ohniska kolem nočního klubu v zemi, kde „chytrá karanténa“ opravdu funguje. Jižní Korea...

STO OBJEVŮ: Za otce telefonu je považován Bell. Volalo se ale dříve

Seriál Přestože se snad každý z nás ve škole učil, že telefon vynalezl Alexander Graham Bell, 11. června 2002 americký Kongres...

STO OBJEVŮ: Stejnosměrný! Střídavý! Válka dvou velikánů o elektřinu

Seriál Stejnosměrný! Střídavý! Stejnosměrný! Střídavý! Dva géniové se střetli ve válce proudů. Letitý spor stále není u konce....

Mayové sami přispěli k záhadnému konci své civilizace. Otrávili si vodu

K nečekanému konci hlavního města největšího mayského státu zřejmě přispělo znečištění životního prostředí. To mají na...

Škoda dostane šéfa s úkolem zabránit, aby značka dotírala na VW a Audi

„Není nám k ničemu, když se Škoda vyvíjí ke třetí prémiové značce v rámci koncernu,“ prohlásil v rozhovoru publikovaném...

Díky, že létáte se SpaceX. Loď Crew Dragon úspěšně dopadla do moře

Američtí astronauti Robert Behnken a Douglas Hurley úspěšně absolvovali nedělní návrat z Mezinárodní vesmírné stanice...

Zemřela manželka Jiřího Krampola, měla dlouhodobé zdravotní problémy

Ve věku 59 let zemřela Hana Krampolová, manželka herce Jiřího Krampola. Dlouhodobě se potýkala se zdravotními problémy.

Pokutu za přespání v karavanu dohnal Němec až k soudu

Nocování na parkovišti v obytném autě se v Německu může dosti prodražit. Své si zažil jeden turista s karavanem, který...

Nové zuby mám z Turecka. Zákrok byl psychicky náročný, říká pornoherečka

Česká pornoherečka Daisy Lee si zaletěla do Turecka pro nové zuby. Zákrok, který podstoupila na tamější klinice, ji prý...