پزشکییافته‌های جدید

اولین دستگاه خوانش مغز دو زبانه کلمات اسپانیایی و انگلیسی را رمزگشایی می‌کند

برای اولین بار، یک ایمپلنت مغزی به یک فرد دو زبانه که قادر به تلفظ کلمات نیست کمک کرده است تا به هر دو زبان خود ارتباط برقرار کند. یک سیستم هوش مصنوعی (AI) که به ایمپلنت مغزی متصل است، در زمان واقعی، آنچه را که فرد در تلاش است به زبان اسپانیایی یا انگلیسی بگوید، رمزگشایی می‌کند.

یافته‌ها، که در 20 می در مجله Nature Biomedical Engineering منتشر شده‌اند، بینش‌هایی را در مورد نحوه پردازش زبان توسط مغز ما ارائه می‌دهند و می‌توانند روزی به دستگاه‌های دائمی منجر شوند که قادر به بازیابی گفتار چند زبانه در افرادی هستند که نمی‌توانند به صورت کلامی ارتباط برقرار کنند.

“این مطالعه جدید یک مشارکت مهم برای حوزه نوظهور پروتزهای عصبی بازیابی گفتار است”، می‌گوید سرگی استاویسکی، عصب‌شناس در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که در این مطالعه دخالتی نداشته است. اگرچه این مطالعه فقط شامل یک شرکت‌کننده بود و کارهای بیشتری باید انجام شود، “هر دلیلی وجود دارد که فکر کنیم این استراتژی در آینده با دقت بالاتری کار خواهد کرد وقتی با دیگر پیشرفت‌های اخیر ترکیب شود”، استاویسکی می‌گوید.

ایمپلنت بازیابی گفتار

فردی که در مرکز این مطالعه قرار دارد و با نام مستعار پانچو شناخته می‌شود، در سن ۲۰ سالگی دچار سکته مغزی شد که بیشتر قسمت‌های بدنش را فلج کرد. در نتیجه، او می‌تواند ناله و خرناس کند اما نمی‌تواند به وضوح صحبت کند. در دهه سی سالگی، پانچو با ادوارد چانگ، جراح مغز و اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، همکاری کرد تا اثرات ماندگار سکته مغزی بر مغزش را بررسی کند. در یک مطالعه پیشگامانه که در سال ۲۰۲۱ منتشر شد، تیم چانگ الکترودهایی را به قشر مغز پانچو جراحی کردند تا فعالیت عصبی را ثبت کنند و آن را به کلمات روی صفحه نمایش ترجمه کنند.

اولین جمله پانچو — «خانواده من بیرون است» — به زبان انگلیسی تفسیر شد. اما پانچو یک گویشور بومی زبان اسپانیایی است که تنها پس از سکته مغزی انگلیسی را آموخت. این زبان اسپانیایی است که هنوز در او احساسات آشنایی و تعلق را برمی‌انگیزد. چانگ می‌گوید: “زبان‌هایی که فرد صحبت می‌کند در واقع بسیار به هویت او مرتبط هستند. بنابراین هدف بلندمدت ما هرگز فقط جایگزینی کلمات نبوده، بلکه بازگرداندن ارتباط برای افراد بوده است.”

برای دستیابی به این هدف، تیم یک سیستم هوش مصنوعی توسعه داد تا گفتار دوزبانه پانچو را رمزگشایی کند. این تلاش، به رهبری دانشجوی دکتری چانگ، الکساندر سیلوا، انجام شد و شامل آموزش سیستم در حینی بود که پانچو تقریباً ۲۰۰ کلمه را سعی در گفتن می‌کرد. تلاش‌های او برای تشکیل هر کلمه الگوی عصبی متمایزی ایجاد می‌کرد که توسط الکترودها ثبت می‌شد.

سپس نویسندگان سیستم هوش مصنوعی خود را، که دارای یک ماژول اسپانیایی و یک ماژول انگلیسی است، به عباراتی که پانچو سعی در بیان آنها داشت، اعمال کردند. برای کلمه اول در یک عبارت، ماژول اسپانیایی کلمه اسپانیایی را که بهترین الگوی عصبی را داشته باشد انتخاب می‌کند. قسمت انگلیسی هم همین کار را انجام می‌دهد، اما از لغت‌نامه انگلیسی به جای آن استفاده می‌کند. به عنوان مثال، ماژول انگلیسی ممکن است ‘she’ را به عنوان احتمالاً اولین کلمه در یک عبارت انتخاب کند و احتمال اینکه صحیح باشد را به ۷۰٪ ارزیابی کند، در حالی که ماژول اسپانیایی ممکن است ‘estar’ (برای بودن) را انتخاب کند و احتمال صحت آن را ۴۰٪ برآورد کند.

کلمه به کلمه

از آنجا، هر دو ماژول سعی می‌کنند تا یک عبارت بسازند. آن‌ها هر دو کلمه دوم را بر اساس تطابق الگوی عصبی نه تنها انتخاب می‌کنند بلکه همچنین بررسی می‌کنند که آیا احتمالاً پس از کلمه اول می‌آید یا خیر. بنابراین، ‘من هستم’ امتیاز احتمالی بالاتری نسبت به ‘من نه’ دریافت می‌کند. خروجی نهایی دو جمله را تولید می‌کند — یکی به انگلیسی و یکی به اسپانیایی — اما صفحه نمایشی که پانچو روبروی آن قرار دارد فقط نسخه‌ای را با بالاترین امتیاز احتمال کلی نشان می‌دهد.

ماژول‌ها توانستند بین انگلیسی و اسپانیایی بر اساس کلمه اول با دقت ۸۸٪ تمایز دهند و با دقت ۷۵٪ جمله صحیح را رمزگشایی کنند. پانچو در نهایت می‌توانست با تیم تحقیقاتی گفتگوهای صادقانه و غیرقراری داشته باشد. «پس از بار اولیه که ما یکی از این جملات را انجام دادیم، چند دقیقه بود که فقط لبخند می‌زدیم،» سیلوا می‌گوید.

MRI image of brain activity in speech production.

تصویربرداری پزشکی فعالیت مغز در هنگام تولید گفتار را نشان می‌دهد (رنگ‌آمیزی مصنوعی). اعتبار: Zephyr/SPL

 

دو زبان، یک منطقه مغزی

یافته‌ها جنبه‌های غیرمنتظره‌ای از پردازش زبان در مغز را آشکار کردند. برخی آزمایش‌های پیشین با استفاده از ابزارهای غیرتهاجمی نشان داده‌اند که زبان‌های مختلف انواع مختلفی از مغز را فعال می‌کنند. اما بررسی نویسندگان از سیگنال‌های ثبت شده مستقیماً در قشر مغزی نشان داد که “بسیاری از فعالیت‌ها برای هر دو زبان اسپانیایی و انگلیسی در واقع از منطقه مشابه‌ای بودند”، سیلوا می‌گوید.

علاوه بر این، پاسخ‌های عصبی پانچو به نظر می‌رسید که با کودکانی که به صورت دوزبانه بزرگ شده‌اند، تفاوت چندانی ندارد، حتی اگر او در سن سی سالگی زبان انگلیسی را یاد گرفته باشد — عیناً برخلاف نتایج مطالعات پیشین. این یافته‌ها نشان می‌دهند که سیلوا حداقل برخی ویژگی‌های عصبی را در زبان‌های مختلف به اشتراک می‌گذارند و ممکن است قابل کلیت‌بندی برای دیگر افراد باشند.

کنجی کانساکو، یک عصب‌فیزیولوژیست در دانشگاه پزشکی دوکیو در میبو، ژاپن که در مطالعه شرکت نکرده بود، می‌گوید که در مقابل افزودن شرکت‌کنندگان، یکی از مراحل بعدی بررسی زبان‌ها “با ویژگی‌های ادراکی بسیار متفاوت” نسبت به انگلیسی، مانند ماندارین یا ژاپنی است. این، سیلوا می‌گوید، چیزی است که او در حال بررسی آن است، همراه با “تعویض کد” یا تغییر از یک زبان به زبان دیگر در یک جمله واحد. “ایده‌آل این است که افراد را قادر به ارتباط برقراری به شکل طبیعی‌تر ممکن است.”

منبع
nature
مشاهده بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا