加州大学圣地亚哥分校的一项新研究报告称，研究人员可以通过读取大脑中的电信号来预测鸟类会唱什么音节，以及何时唱。能够根据鸟类的大脑活动预测鸟类的声音行为是为失去说话能力的人类制造声乐假肢的早期步骤。

“我们的工作为这个更大的目标奠定了基础，”电气和计算机工程博士达里尔布朗说。加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的学生，也是该研究的第一作者，该研究于 9 月 23 日发表在PLoS Computational Biology 上。“我们正在以某种方式研究鸟鸣，这将有助于我们更接近于设计用于发声和交流的脑机接口。”

该研究探讨了如何利用斑胸草雀等鸣禽的大脑活动来预测鸟类的声音行为。鸣禽的发声由于与人类语言的相似性而受到研究人员的特别关注。它们都是复杂的和习得的行为。

在这项工作中，研究人员将硅电极植入雄性成年斑胸草雀的大脑中，并在它们唱歌时记录鸟类的神经活动。研究人员研究了一组特定的电信号，称为局部场电位。这些信号被记录在大脑中学习和产生歌曲所必需的部分。

局部场电位的特别之处在于它们被用来预测人类的声音行为。迄今为止，这些信号已在人类大脑中进行了大量研究，但尚未在鸣禽大脑中进行过研究。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员希望填补这一空白，看看斑胸草雀的这些相同信号是否可以类似地用于预测声音行为。该项目是加州大学圣地亚哥分校的工程师和神经科学家之间的交叉合作项目，由电气和计算机工程教授 Vikash Gilja 和心理学和神经生物学教授 Timothy Gentner 领导。

“我们探索局部场潜力的动机是，语音假肢开发的大部分补充人类工作都集中在这些类型的信号上，”Gilja 说。“在这篇论文中，我们表明斑胸草雀和人类以及其他灵长类动物之间的这种类型的信号有很多相似之处。通过这些信号，我们可以开始解码大脑生成语音的意图。”

“从长远来看，我们希望利用从鸣禽大脑中获得的详细知识来开发一种通讯假肢，可以改善患有各种疾病和障碍的人类的生活质量，”根特纳说。

研究人员发现，局部场电位的不同特征可以转化为鸟鸣的特定音节，以及这些音节在歌唱期间何时出现。

“使用这个系统，我们能够高保真地预测鸣禽的发声行为——鸟儿要唱什么序列，什么时候唱，”布朗说。

研究人员甚至可以预测歌曲序列的变化，直到音节。例如，假设鸟的歌是建立在一组重复的音节上的，“1、2、3、4”，然后序列会时不时地变成“1、2、3、4、5”之类的东西，或“1、2、3”。研究人员发现，局部场电位的特征揭示了这些变化。

“这些形式的变化对我们测试假设的语音假肢很重要，因为人类不会一遍又一遍地重复一个句子，”吉尔贾说。“令人兴奋的是，我们发现人类生理学研究中记录和记录的大脑信号与我们在鸣禽中的研究存在相似之处。”