Hoe spraak kan worden gereconstrueerd uit hersengolven

Doorbraak in hersenonderzoek: onderzoekers observeren de hersenen tijdens het praten
Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben een doorbraak bereikt in hersenonderzoek. Ze waren in staat om geluiden af ​​te leiden uit de hersenactiviteit van de onderwerpen die de persoon op dit moment zegt. De onderzoekers reconstrueerden zelfs woorden en zinnen. De methode, ontwikkeld door de Karlsruher samen met onderzoekers van het Amerikaanse Wadsworth Center, wordt "brain-to-text" genoemd. Vooral voor mensen die lijden aan een locked-in-syndroom, kan deze ontdekking baanbrekend zijn. Hun resultaten publiceerden de wetenschappers in het tijdschrift "Frontiers in Neuroscience".

Taal wordt zichtbaar door hersengolven
"Het is lang gespeculeerd of directe communicatie tussen mens en machine via hersengolven mogelijk is", zei hoogleraar informatica Tanja Schultz, die de studie leidde aan het Cognitive Systems Lab van KIT, in een verklaring van het Instituut. "We konden aantonen dat hersengolven kunnen worden gebruikt om individuele spraakgeluiden en continu gesproken complete zinnen te herkennen."

Afbeelding: psdesign1-fotolia

Als onderdeel van hun onderzoek plaatsten de onderzoekers een epitheel van elektroden rechtstreeks in de hersenschors van zeven epilepsiepatiënten in de Verenigde Staten. De hersenen waren sowieso al blootgesteld aan de patiënten voor epilepsie. Met elektroden die van buitenaf op het hoofd zijn geplaatst en hersenactiviteit meten, is de procedure nog niet haalbaar.

"Voor de eerste keer kunnen we op dit moment de hersenen observeren," vertelde Schultz aan het persbureau "dpa". Voor het eerst konden onderzoekers de hersenactiviteit volgen tot en met het activeren van de spieren van de articulerende organen met neuronen in de hersenschors. De activiteiten werden herkenbaar gemaakt door kleuren. "Hoe hoger de activiteit, hoe heter de kleur," vervolgt Schultz.

Hersenonderzoekers creëren een database met 50 verschillende geluiden
De proefpersonen moesten bepaalde teksten spreken, zoals een toespraak van de voormalige Amerikaanse president John F. Kennedy of eenvoudige kinderrijmpjes. Omdat de onderzoekers wisten wanneer welk geluid werd gesproken, waren ze in staat om databases te maken met ongeveer 50 geluidsprototypes op basis van de gemeten hersengolven. Met behulp van algoritmen konden de onderzoekers later herkennen wat er werd gezegd, uitsluitend op basis van de hersengolven. De geluiden werden beschouwd in verband met woorden en hele zinzinnen. "Dit levert mooie resultaten op, die qua kwaliteit nog ver verwijderd zijn van akoestische spraakherkenning, maar al veel beter zijn dan ze worden aanbevolen," zegt Schultz.

Voor "brain-to-text" werden methoden van signaalverwerking en automatische spraakherkenning gebruikt. "Naast de herkenning van spraak uit hersensignalen, maken deze een gedetailleerde analyse van de hersengebieden die betrokken zijn bij het taalproces en hun interacties mogelijk", leggen Christian Herff en Dominic Heger, die het systeem ontwikkelden als onderdeel van hun doctorale studies, uit in de KIT-communicatie.

Tot nu toe is de nieuwe methode echter alleen getest bij zeven patiënten, waarvan er slechts vijf minuten beschikbaar zijn tijdens de onderzoeken. In de toekomst zouden vooral mensen die lijden aan het zogenaamde locked-in-syndroom kunnen profiteren van "hersendode tekst". Hoewel de getroffenen bewust zijn, kunnen ze zichzelf niet begrijpen vanwege verlamming. (Ag)