TECNOLOGÍA. La inteligencia artificial ha convertido las señales eléctricas del cerebro en rock clásico

La inteligencia artificial ha convertido las señales eléctricas del cerebro en rock clásico

 

Pink Floyd se presenta en el escenario de Earl's Court en Londres durante The Wall Tour el 6 de agosto de 1980. Los investigadores recrearon la canción de la banda "Another Brick in the Wall, Part 1" a partir de la actividad cerebral de los oyentes. Fuente: Rob Verhorst/Redferns/Getty Images

Neurocientíficos recrean canción de Pink Floyd a partir de la actividad cerebral de los oyentes

17 agosto 2023.- Los investigadores esperan que algún día los implantes cerebrales ayuden a las personas que han perdido la capacidad de hablar a recuperar la voz, y tal vez incluso a cantar. Ahora, por primera vez, los científicos han demostrado que la actividad eléctrica del cerebro se puede descodificar y utilizar para reconstruir la música.

Un nuevo estudio analizó datos de 29 personas que ya estaban siendo monitoreadas por ataques epilépticos utilizando conjuntos de electrodos del tamaño de una estampilla que se colocaron directamente en la superficie de su cerebro. Mientras los participantes escuchaban la canción de Pink Floyd de 1979 " Another Brick in the Wall, Part 1 ", los electrodos capturaron la actividad eléctrica de varias regiones del cerebro en sintonía con elementos musicales como el tono, el ritmo, la armonía y la letra. Empleando el aprendizaje automático, los investigadores reconstruyeron un audio distorsionado pero distintivo de lo que escuchaban los participantes. Los resultados del estudio fueron publicados el martes en PLOS Biology .

Los neurocientíficos han trabajado durante décadas para descifrar lo que las personas ven, escuchan o piensan solo a partir de la actividad cerebral. En 2012, un equipo que incluía al autor principal del nuevo estudio, el neurocientífico cognitivo Robert Knight de la Universidad de California, Berkeley, se convirtió en el primero en reconstruir con éxito grabaciones de audio de palabras que los participantes escucharon mientras usaban electrodos implantados. 

Desde entonces, otros han utilizado técnicas similares para reproducir imágenes vistas o imaginadas recientemente de los escáneres cerebrales de los participantes, incluidos rostros humanos y fotografías de paisajes. Pero el reciente artículo de PLOS Biology de Knight y sus colegas es el primero en sugerir que los científicos pueden espiar el cerebro para sintetizar música.

Para convertir los datos de actividad cerebral en sonido musical en el estudio, los investigadores entrenaron un modelo de inteligencia artificial para descifrar los datos capturados de miles de electrodos que se conectaron a los participantes mientras escuchaban la canción de Pink Floyd mientras se sometían a una cirugía.

¿Por qué el equipo eligió a Pink Floyd, y específicamente a “Another Brick in the Wall, Part 1”? “La razón científica, que mencionamos en el artículo, es que la canción tiene muchas capas. Trae acordes complejos, diferentes instrumentos y diversos ritmos que lo hacen interesante de analizar”, dice Ludovic Bellier, neurocientífico cognitivo y autor principal del estudio. “La razón menos científica podría ser que realmente nos gusta Pink Floyd”.

El modelo de IA analizó patrones en la respuesta del cerebro a varios componentes del perfil acústico de la canción, separando cambios en el tono, el ritmo y el tono. Luego, otro modelo de IA volvió a ensamblar esta composición desenredada para estimar los sonidos que escucharon los pacientes. Una vez que los datos del cerebro pasaron por el modelo, la música volvió. Su melodía estaba más o menos intacta y su letra era confusa pero perceptible si uno sabía qué escuchar: "Con todo, era solo un ladrillo en la pared".

El modelo también reveló qué partes del cerebro respondían a las diferentes características musicales de la canción. Los investigadores encontraron que algunas partes del centro de procesamiento de audio del cerebro, ubicado en la circunvolución temporal superior, justo detrás y encima de la oreja, responden al inicio de una voz o un sintetizador, mientras que otras áreas se mueven con zumbidos sostenidos.

Aunque los hallazgos se centraron en la música, los investigadores esperan que sus resultados sean más útiles para traducir las ondas cerebrales al habla humana. No importa el idioma, el habla contiene matices melódicos, incluidos el tempo, el estrés, los acentos y la entonación. “Estos elementos, que llamamos prosodia, tienen un significado que no podemos comunicar solo con palabras”, dicen los autores del estudio. Se espera que el modelo mejore las interfaces cerebro-computadora, los dispositivos de asistencia que registran las ondas cerebrales asociadas al habla y usan algoritmos para reconstruir los mensajes previstos. Esta tecnología, aún en pañales, podría ayudar a las personas que han perdido la capacidad de hablar debido a afecciones como un derrame cerebral o parálisis.

La investigación futura debería investigar si estos modelos pueden expandirse de la música que los participantes han escuchado al habla interna imaginada. Si una interfaz cerebro-computadora pudiera recrear el habla de alguien con la prosodia inherente y el peso emocional que se encuentra en la música, podría reconstruir mucho más que solo palabras. 

Quedan varios obstáculos antes de que podamos poner esta tecnología en las manos, o cerebros, de los pacientes. Por un lado, el modelo se basa en registros eléctricos tomados directamente de la superficie del cerebro. A medida que mejoren las técnicas de grabación del cerebro, es posible que sea posible recopilar estos datos sin implantes quirúrgicos, tal vez utilizando electrodos ultrasensibles adheridos al cuero cabelludo. Esta última tecnología se puede emplear para identificar letras individuales que los participantes imaginan en su cabeza, pero el proceso tarda unos 20 segundos por letra, ni mucho menos la velocidad del habla natural, que se apresura a unas 125 palabras por minuto.

Los investigadores esperan hacer que la reproducción distorsionada sea más nítida y comprensible juntando los electrodos en la superficie del cerebro, lo que permite una visión aún más detallada de la sinfonía eléctrica que produce el cerebro. El año pasado, un equipo de la Universidad de California, San Diego, desarrolló una rejilla de electrodos densamente empaquetada que ofrece información de señales cerebrales a una resolución 100 veces mayor que la de los dispositivos actuales.