Los audífonos controlados por el cerebro pueden cancelar el ruido de la multitud

En fiestas llenas de gente o restaurantes ruidosos, la mayoría de nosotros hacemos cosas asombrosas. De todos los sonidos que nos rodean, nuestro cerebro selecciona el que queremos escuchar y se enfoca en lo que esa persona tiene que decir. Las personas con pérdida auditiva no tienen tanta suerte. Los entornos ruidosos son especialmente difíciles para ellos, y los audífonos y los implantes cocleares no ayudan. Esta técnica generalmente amplifica todos los sonidos o los mezcla para que sean indistinguibles.

El problema de cómo el cerebro procesa las habilidades auditivas en presencia de ruido se conoce como el «problema del cóctel». Este es un enigma que ha desconcertado a los científicos auditivos durante décadas y ha limitado las soluciones que ofrecen. Pero los investigadores acaban de dar un paso importante para ayudar a las personas a escuchar el ruido.En un artículo publicado el 15 de mayo progreso cientifico, ingenieros del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia han revelado una técnica experimental que podría producir un audífono controlado por el cerebro. Su dispositivo de prueba de concepto utiliza inteligencia artificial para separar los sonidos y compararlos con las ondas cerebrales de los oyentes para identificar y amplificar los altavoces a los que los oyentes prestan más atención.

Nima Mesgarani del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia, el autor principal del artículo, ha estado estudiando varios aspectos de la misma pregunta desde 2012, cuando descubrió por primera vez que las ondas de radio del cerebro determinan el sonido de la atención del oyente.

En 2017, desarrolló una técnica que puede extraer una voz de múltiples voces, pero solo si el sistema está capacitado para reconocer a un hablante específico, una seria limitación de la comunicación en el mundo real. Ahora, Mesgarani y sus colegas han dado un importante paso adelante al usar ondas cerebrales para decodificar a quién estás escuchando y luego separar la voz del interlocutor sin entrenamiento. «Eliminar esta barrera», dijo, «es un gran avance».

«Es un trabajo hermoso», dijo Barbara Shinn-Cunningham, neurocientífica auditiva y directora del Instituto Carnegie Mellon de Neurociencia que no participó en el estudio. «Acerca todo el campo a las aplicaciones prácticas, pero aún no ha llegado», dice Andrew Oxenham, neurocientífico auditivo de la Universidad de Minnesota que ha estudiado el problema de los cócteles durante años.

Lo que Mesgarani y sus colegas crearon fue un algoritmo que probaron solo en pacientes con epilepsia sometidos a cirugía cerebral. Estos pacientes presentan una rara oportunidad para que los científicos implanten electrodos directamente en el cerebro humano. Mesgarani y sus colegas tocaron dos voces (una masculina y otra femenina) simultáneamente desde altavoces frente a los participantes. Les pidieron a los participantes que se concentraran primero en uno y luego en el otro. Los ingenieros de la Universidad de Columbia introdujeron el sonido del sonido y las señales eléctricas del cerebro del paciente en su algoritmo, que clasifica los sonidos, amplificando uno involucrado y atenuando el otro. «Las dos entradas entran en esta caja y la salida es audio modificado donde los altavoces de destino son más fuertes», dijo Mesgarani.

Si bien el seguimiento de la atención auditiva mediante ondas cerebrales es un logro impresionante, el verdadero progreso tiene que ver con los algoritmos. Utiliza una forma sofisticada de inteligencia artificial, llamada red de atracción profunda, para separar automáticamente a los hablantes desconocidos en tiempo real. Este modelo de red neuronal, desarrollado durante los últimos cuatro años, busca regularidades estadísticas en capas de computación cada vez más complejas para determinar qué partes de una mezcla de sonidos van juntas. «El aprendizaje profundo es el secreto del éxito [this] Es posible», dijo Mesgarani.

No importa que los neurocientíficos no hayan descubierto del todo cómo escucha el cerebro en medio del ruido. «No estamos tratando de simular el cerebro», dijo Mesgarani. “Solo estamos tratando de resolver el problema del cóctel.” Entrenaron el algoritmo con más ejemplos de habla humana de los que nadie haya escuchado en toda su vida. Luego le asignaron la tarea de analizar la información detallada, a menudo superpuesta, en espectrogramas, o firmas acústicas, creadas por las voces de múltiples oradores, y separarlos en distintos flujos de sonido. El papel se representa gráficamente, mostrando los dos sonidos combinados como una neblina de puntos rojos y azules. Una vez separados, un sonido es un grupo de puntos rojos y el otro es azul. Exactamente cómo el algoritmo hace esto sigue siendo un misterio. «Suponemos que utiliza información espectral y temporal, inicios y compensaciones comunes [speech characteristics]y estructura armónica», dijo Mesgarani. «Le dijimos que esta nube roja y azul debería ser separable. De alguna manera calcula esta transición, y de repente tienes dos nubes. «

Quedan desafíos considerables antes de que esta tecnología pueda usarse en audífonos reales. Mesgarani estima que serán al menos otros cinco años. Por supuesto, un dispositivo comercializable requeriría una técnica no invasiva para generar registros EEG de ondas cerebrales. Varios científicos, entre ellos Mesgarani, han demostrado que los audífonos internos o externos con electrodos funcionan, aunque producen señales con mucha menos precisión. Si bien es poderoso, el algoritmo todavía no es 100% exitoso.

Es probable que los primeros dispositivos que utilicen la tecnología ayuden a las personas con pérdida auditiva de leve a moderada. «Es posible que necesite un poco de audición residual», dijo Mesgarani. «Mientras puedas rastrear [one] sonido, que será el tipo de firma que busca esta tecnología

Un algoritmo separado de separación del hablante podría resultar útil sin monitorear las ondas cerebrales en absoluto, dice Mario Sversky, ingeniero eléctrico en el Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York. «Imagino una aplicación para teléfonos inteligentes que le hable a sus audífonos», dijo. «La aplicación te muestra íconos para diferentes hablantes. Si tocas un ícono, ese hablante tiene prioridad para acercarse y los demás se debilitan».

En cuanto a los verdaderos audífonos controlados por el cerebro, a Svirsky le preocupa que los costos superen los beneficios y duda que alguna vez se implementen. Pero sigue entusiasmado con el trabajo de Mesgarani. «La idea de tener un audífono que lee la mente es intrigante», dijo Sversky. «Esto no es solo ciencia ficción. Este estudio muestra que esta es al menos una posibilidad plausible».