هنگامی ‌که در مهمانی شلوغی مشغول صحبت با یک شخص هستید، این توانایی را دارید که بدون توجه به بقیه صداها در محیط، صدای آن شخص را بشنوید. مغز قادر است توجه شنوایی شما را فقط به آن شخص معطوف کند و صداهای محیط را فیلتر کند. توانایی تمایز صداها از یکدیگر، یک ویژگی قابل توجه مغز به شمار می‌آید. امروزه حتی سمعک‌های بسیار پیشرفته، چنین ویژگی ندارند. به تازگی مهندسان دانشگاه کلمبیا به فناوری دست یافتند که از توانایی طبیعی مغز در تفکیک صداها از یکدیگر تقلید می‌کند. نیما مسگرانی استاد دانشگاه کلمبیا و گروهش، سمعک کنترل شونده با مغز توسعه داده‌اند که با کمک هوش مصنوعی همانند یک فیلتر خودکار عمل می‌کند. این سمعک، امواج مغزی کاربر را دریافت و تنها صدایی را که فرد قصد دارد بشنود تقویت می‌کند. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

حل مشکل سمعک های امروزی در تفکیک صدا

مغز انسان قادر است یک صدا را از میان دیگر منابع صدا در یک محیط شلوغ همچون خیابان و کافی‌شاپ انتخاب و تقویت کند. این توانایی دقیقا همان ویژگی است که بسیاری از توسعه‌دهندگان سمعک و فناوری‌های کمکی شنیداری با آن روبرو هستند. دکتر نیما مسگرانی (Nima Mesgarani) استاد مهندسی برق و گروهش در پژوهش جدید خود به دستاوردهای چشمگیری دست یافته‌اند. سمعک هوشمند جدید می‌تواند صداهای مزاحم را فیلتر و صدای موردنظر کاربر را تقویت کند. اگرچه این فناوری نوآورانه، هنوز در مراحل نخست تحقیق و توسعه است اما نویدبخش بهبود کیفیت سمعک‎ها و دستیاران صوتی خواهد بود. فناوری جدید به افراد دارای سمعک کمک می‌کند بتوانند موثرتر و راحت‌تر با دیگران در اجتماع تعامل کنند. مطالعه‌ی اخیر در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است. دکتر نیما مسگرانی پژوهشگر موسسه‌ی رفتار ذهنی مغز مورتیمر زاکرمن (Zuckerman Institute) و نویسنده‌ی این مقاله‌‌ است.

فناوری شنیداری مبتنی بر هوش مصنوعی

بخشی از مغز که مسئول پردازش صدا است بسیار ظریف و قدرتمند عمل می‌کند. توسعه‌ی فناوری که بتواند از این بخش مغز تقلید کند و صداها را با کیفیت بالا از یکدیگر تفکیک کند، به افراد کم‌شنوا و دارای اختلال شنوایی کمک می‌کند همانند افراد سالم با دوستان و خانواده‌ی خود ارتباط برقرار کنند. سمعک‌های مدرن امروزی در تقویت گفتار و کاهش نویزهای پس‌زمینه‌ی محیط همچون ترافیک بسیار خوب عمل می‌کنند. با این وجود، سمعک‌های امروزی نمی‌توانند صدای یک شخص را نسبت به صداهای افراد دیگر در محیط افزایش دهند.

اثر مهمانی شبانه (Cocktail party effect) پدیده‌ای در شنوایی‌شناسی است که فرد می‌تواند توجه شنوایی خود را به یک شخص خاص معطوف کند و دیگر صداها را فیلتر کند، همانطور که فرد در یک مهمانی شلوغ می‌تواند با شخص دیگر گفتگو کند و به بقیه صداهای مزاحم توجهی نکند. به مشکل فناوری‌های شنیداری در عدم توانایی تفکیک صداها در محیط شلوغ “مشکل مهمانی شبانه” گفته می‌شود. در محیط‌های پر سر وصدا، سمعک‌ها مجموعه‌ی صداهای محیط را تقویت می‌کنند. به همین دلیل، افراد دارای سمعک قادر به تمایز صحبت‌های افراد در محیط شلوغ نیستند.

سمعک هوشمند جدید افزون بر تقویت صدا، امواج مغزی را دریافت و تحلیل می‌کند. پژوهشگران دریافتند هنگامی که دو شخص با یکدیگر گفت‌وگو می‌کنند امواج مغزی گوینده و شنونده مشابه یکیدیگر می‌شوند. دستیابی به چنین اطلاعاتی در کنار به کارگیری الگوریتم‌های قدرتمند تفکیک گفتار و مدل‌های پیچیده ریاضی می‌تواند عملکرد مغز را در تمایز صداها تقلید کند.

عملکرد سمعک هوشمند کنترل شونده با مغز

سامانه‌ی شنیداری جدید ابتدا صدای صحبت اشخاص را از یکدیگر تفکیک می‌کند. سپس امواج مغزی شنونده با تک تک صداهای تفکیک شده مقایسه می‌شود. صدایی که الگوی مشابهی با امواج مغزی داشته باشد نسبت به دیگر صداها تقویت می‌شود.

نخستین نسخه‌ی سامانه‌ی کمک شنیداری پژوهشگران دانشگاه کلمبیا در سال ۲۰۱۷ منتشر شد. نسخه‌ی نخست نسبت به نسخه‌ی کنونی محدودیت داشت. سامانه برای اجرای الگوریتم تفکیک صداها نیاز به آموزش داشت. این به این معنی است که در ابتدا صداهای گویندگان ثبت و به سامانه آموزش داده می‌شد. برای نمونه اگر فرد دارای سمعک همراه با خانواده و دوستان به رستوران می‌رفت، نسخه‌ی نخست صداهای افراد آشنا را به خوبی تفکیک می‌کرد. با این حال اگر شخص جدیدی به جمع اضافه می‌شد سامانه قادر به تفیک صدای شخص جدید نبود.

فناوری جدید محدودیت نسخه‌ی نخست را برطرف کرده است. دکتر نیما مسگرانی به همراه Cong Han و James O’Sullivan توانستند با به کارگیری الگوریتم‌های شبکه‌ی عصبی مصنوعی و یادگیری عمیق این مشکل را حل کنند. برای آزمایش فناوری سامانه‌ی شنیداری جدید، پژوهشگران با Ashesh Dinesh Mehta متخصص جراحی مغز و اعصاب همکاری کردند. برای تعدادی بیماران صرع زیر نظر متخصص جراحی مغز و اعصاب کاشت الکترود در مغز انجام شد. بیماران از شرکت‌کنندگان آزمایش سامانه‌ی جدید بودند. آن‌ها به صحبت تعدادی از افراد در اطراف خود گوش دادند و همزمان مهندسان امواج مغزی آن‌ها را بررسی کردند. الگوریتم جدید بر داده‌های سیگنال‌های مغزی اعمال شد. هگامی که داوطلب به صحبت یک شخص در میان جمع تمرکز می‌کرد، سامانه به صورت خودکار صدای شخص موردنظر را تقویت می‌کرد.

چشم‌انداز سامانه‌ی شنیداری تفکیک صدا در آینده

هدف پژوهشگران توسعه‌ی سامانه‌ای است که بدون نیاز به روش‌های جراحی و تهاجمی، بتواند امواج مغزی کاربر را دریافت و صداهای محیط را تفکیک کند. سمعک در آینده به گونه‌ای خواهد بود که روی جمجمه یا پشت گوش قرار گیرد. همچنین گروه دکتر مسگرانی تلاش می‌کند الگوریتم‌های پیاده‌سازی شده را بهبود دهند تا در محیط‌های باز مثل خیابان و رستوران شلوغ نیز عملکردی قابل قبول داشته باشد.

بیشتر بخوانیم:

تبدیل افکار و فعالیت های مغزی به گفتار

هوش مصنوعی سیگنال های مغزی را به سخن تبدیل میکند

افزایش بهره وری نیروی کار با فناوری پوشیدنی و فناوری شنیداری

منبع: techxplore

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»