科学家能在鸟类鸣叫之前预测它所唱的歌

来自硅谷的企业家们今年设立了一个勇敢的目标：创造一款大脑读取的设备，可以允许人们毫不费力地通过想法来发送文本。

四月份，Elon Musk宣布一个神秘的新脑机接口公司，叫做Neuralink。数天之后，Facebook的首席执行官Mark Zuckerberg声称，“直接脑机接口将逐渐使得你只需要通过意念进行沟通。”公司表示他们有60位工程师致力于此项工作。

这是一个雄心勃勃的任务，基于很多的原因，它不会那么快实现。但是对于小小的，有橘色鸟嘴的斑胸草雀来说，这一理想已经非常接近现实。

这要得益于来自加州大学的Timothy Gentner教授和他的学生们，他们建立了大脑到鸣叫的接口，能够在草雀鸣叫之前预测出它们所唱出的歌。

“我们直接从神经活动中解码了实际意义上鸟类鸣叫的合成，”科学家们在近期公布在《bioRxiv》中的报告中表示。团队包含阿根廷鸟鸣专家Ezequiel Arneodo，他们称这个系统为第一个“神经活动的复杂的自然通信信号的解码器”的原型。研究人员说，类似的方法可以推动人类意念到文本接口的发展。

科学家们表示他们可以直接通过大脑的活动预测雀鸟的鸣叫。

图片来源：MIT technology review

能够鸣叫的鸟类大脑并不很大，但是它们的发声与人类的说话具有相似的方式，使得这些鸟类深受研究记忆和认知的科学家们的喜爱。斑胸草雀的鸣叫会从其他年长的鸟类那里学习。它们的鸣叫是复杂的，通过学习，可以与人类的语言相似。

美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的一名研究员MakotoFukushima利用大脑的接口来研究猴子发出的简单声音。但鸟类鸣叫的音域更为丰富，这是为什么新的研究结果具有“应用于人类发声的重要意义”。

现在，在人类身上尝试的脑机接口主要是跟踪神经信号。一个人想象手臂在运动，可以用于控制一个机器手，或者指导游标慢慢读出字母。因此，关于脑部的头盔或者植入物的创意对于提取你将要说出什么并无帮助，这意味着从意念到发声距离成为现实还很遥远。

新的研究向我们展示了，这并不是全无可能的。来自UCSD团队对一个清醒的鸟类使用硅电极测量大脑内部称为感觉核神经元的电信号，那里是“形成歌曲学习的命令”的起源。

实验采用了神经-网络软件，这是一种机器学习。研究人员在程序中给与了神经元放电类型以及实际产生的鸣叫，哪里开始，哪里停下以及频率如何等，使系统能够进行学习。他们的想法是训练他们的软件使脑部放电与鸣叫声相匹配，他们称之为“神经-鸣叫图谱”。

团队的主要发明是通过结合雀鸟制造声音的物理模型，简化大脑到鸣叫声的翻译。鸟类并没有人类的声带；它们是依赖于振动喉咙的表面发射空气发出的声音，称之为鸣管。想象一下，当你把两张纸叠加，然后向边缘吹气所能够发出的尖锐的声音。

作者表示，最终的结果是：“我们直接从神经元活动中解码了真实的合成鸟鸣。”在他们的报告中，团队说，这样可以在30毫秒前预测鸟类的叫声，在它真正开始鸣叫之前。

可以鸣叫的鸟类有了一个重要的研究模型，在Elon Musk的Neuralink公司中，鸟类科学家是第一关键的成员。UCSD专注于发现发声背后的肌肉运动，可有望也是一个关键的发展。

Facebook表示希望人们能够以每分钟100字的速度直接从他们的大脑中输入信息，只要他们愿意，就可以私下发送短信。一种能够读懂你大脑在你从事无声的演讲时发出的指令的装置，可能比读“想法”更现实。

Gentner和他的团队希望他们的雀鸟能够帮助实现这一目标。他们写道:“我们已经展示了一个具有复杂的通信信号的大脑-机接口，使用动物模型来进行人类说话的研究。”他们补充说，“我们的方法也为生物医学的语音修复设备提供了有价值的印证。”

某种意义上来说，我们离人类大脑测试更近了一步。