Sci Adv：实验性脑控助听器识别你想听到的声音
来源：本站原创 2019-05-16 05:32
2019年5月16日 讯 /生物谷BIOON/ --我们的大脑具有非凡的诀窍，可以在嘈杂的环境中，比如拥挤的咖啡馆或繁忙的城市街道，找到独特的声音。这是即使是最先进的助听器也很难做到的事情。但现在，哥伦比亚大学的工程师们正在宣布一项实验技术，该技术可模仿大脑检测和放大许多声音的天生能力。这种由大脑控制的助听器由人工智能驱动，可作为自动过滤器，监控佩戴者的脑电波并增强他们想要关注的声音。虽然仍处于早
2019年5月16日 讯 /生物谷BIOON/ --我们的大脑具有非凡的诀窍，可以在嘈杂的环境中，比如拥挤的咖啡馆或繁忙的城市街道，找到独特的声音。这是即使是最先进的助听器也很难做到的事情。但现在，哥伦比亚大学的工程师们正在宣布一项实验技术，该技术可模仿大脑检测和放大许多声音的天生能力。这种由大脑控制的助听器由人工智能驱动，可作为自动过滤器，监控佩戴者的脑电波并增强他们想要关注的声音。
虽然仍处于早期开发阶段，但该技术是迈向更好助听器的重要一步，使佩戴者能够无缝，高效地与周围的人交谈。今天在Science Advances中描述了这一成就。首席研究员Nima Mesgarani博士说：“处理声音的大脑区域非常敏感和强大;它可以“放大”一个声音，相比之下，目前的助听器仍然不够完善。通过创造一种利用大脑本身力量的设备，我们希望我们的工作能够带来技术改进，使全球数亿听障人士能够像他们的朋友和家人一样轻松地进行交流。”哥伦比亚工程公司电气工程副教授梅斯卡拉尼博士说：“在拥挤的地方，佩戴助听器会立刻放大所有人的声音。这严重阻碍了佩戴者有效交谈的能力。”
（图片来源：Www.pixabay.com）
“以前，我们发现当两个人互相交谈时，说话者的脑电波与听众的脑电波十分相似，”利用这些知识，该团队将强大的语音分离算法与神经网络，模仿大脑自然计算能力的复杂数学模型相结合。他们创建了一个系统，首先从一个组中分离出各个说话者的声音，然后将每个说话者的声音与听者的脑电波进行比较。其声音模式与听众的脑电波最匹配的说话者随后被放大。
研究人员在2017年发布了该系统的早期版本，虽然很有希望，但却有一个关键的局限性：它必须预先训练才能识别出特定的扬声器。“如果你和家人在一家餐馆，那个设备会为你识别并解码这些声音。但是，一旦有新人加入，系统就会失败。”
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最近这项研究很大程度上解决了这个问题。在哥伦比亚科技风险投资公司的资助下，改进其原始算法，Mesgarani博士等人再次利用深度神经网络的力量构建了一个更复杂的模型。“我们的最终结果是一种语音分离算法，其表现与先前版本相似，但有重大改进。”为了测试该算法的有效性，研究人员与Northwell Health Institute for Neurology and Neurosurgery的神经外科医生Ashesh Dinesh Mehta合作进行试验。 “这些患者自愿听取不同的发言者，同时我们通过植入患者大脑的电极直接监测他们的脑电波。” “然后我们将新开发的算法应用于该数据。”
该团队的算法跟踪患者的注意力，因为他们听取了之前没有听过的不同的发言者。当患者专注于一个扬声器时，系统会自动放大该声音。当他们的注意力转移到另一个扬声器时，音量水平发生变化以反映这种转变。
在他们的研究结果的鼓舞下，研究人员正在研究如何将这种原型转变为一种非侵入性设备，可以将其置于头皮外部或耳朵周围。 他们还希望进一步改进和改进算法，使其能够在更广泛的环境中运行。“到目前为止，我们只在室内环境中进行了测试。但我们希望确保它能够在繁忙的城市街道或嘈杂的餐厅中工作，这样无论走到哪里，他们都可以充分体验世界和周围的人。”（生物谷Bioon.com）
原始出处：Cong Han, James O’Sullivan, Yi Luo, Jose Herrero, Ashesh D. Mehta, Nima Mesgarani. Speaker-independent auditory attention decoding without access to clean speech sources. Science Advances, 2019; 5 (5): eaav6134 DOI: 10.1126/sciadv.aav6134
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