Neurowissenschaftler rekonstruieren Rock-Song anhand von Gedankenmustern von Zuhörern

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Der aus den Hirnmuster rekonstruierte Refrain von "Another Brick in the Wall".Quelle: Bellier et al., 2023, PLOS Biology, CC-BY 4.0

Der aus den Hirnmuster rekonstruierte Refrain von „Another Brick in the Wall“.
Quelle: Bellier et al., 2023, PLOS Biology, CC-BY 4.0

Berkeley (USA) – Neurowissenschaftlern ist es gelungen, alleine anhand der Gehirnaktivitätsmuster von Menschen, die einen Rocksong hörten, diesen erkennbar zu rekonstruieren. Ein weiterer Schritt hin zum Verständnis neuraler Aktivität, besseren Hirn-Computer-Interfaces und hin zu einer physischen Form des Gedankenlesens.

Wie das Team um Ludovic Bellier von der University of California aktuell im Fachjournal “PLoS Biology” (DOI: 10.1371/journal.pbio.3002176) berichtet, ist es ihnen gelungen, eine “erkennbare Version” des Pink-Floyd-Klassikers “Another brick in the Wall Part 1” alleine anhand der Gehirnaktivität spezieller Regionen im Temporallappen rekonstruieren.

Nachdem die Forschenden die Melodie zunächst in eine Spektrogramm-Form umgewandelt hatten, um sie so besser mit den auditiven Verarbeitungstechniken des Gehirns kompatibel zu machen, konnten sie danach umgekehrt das aus der Verarbeitung des Gehirns rekonstruieren.

Die Original-Spektrogramm-Form von „Another Brick in the Wall“ (l.) und die anhand von Hirnaktivitäten rekonstruierte Variante (l.).Quelle: Bellier et al., 2023, PLOS Biology, CC-BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Die Original-Spektrogramm-Form von „Another Brick in the Wall“ (l.) und die anhand von Hirnaktivitäten rekonstruierte Variante (l.).
Quelle: Bellier et al., 2023, PLOS Biology, CC-BY 4.0

„Wir haben den klassischen Song ‚Another Brick in the Wall‘ von Pink Floyd aus direkten menschlichen kortikalen Aufnahmen rekonstruiert, wodurch Einblicke in die neuronalen Grundlagen der Musikwahrnehmung und in zukünftige Anwendungen zur Dekodierung des Gehirns gewonnen wurden“, kommentiert Bellier. Grundlage der Studie war der Versuch, zu untersuchen, wie Gehirnmuster auf musikalische Elemente wie Tonhöhe und Harmonie abgebildet werden könnten. Hierbei entdeckten sie schließlich, dass ein Teil des auditiven Komplexes des Gehirns, der sogenannte Gyrus temporalis superior (STG), auch mit dem Rhythmusempfinden verbunden ist. „Es scheint, dass dieser Bereich besonders wichtig ist, um Musik wahrzunehmen und zu verstehen.“

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Um die erforderlichen Gehirnaktivitätsdaten zu sammeln, rekonstruierte das Team die neuronalen Aktivitätsmuster von 29 Personen, bei denen bereits Hirnelektroden implantiert waren, um Epilepsie zu behandeln. Bei allen Teilnehmern wurden insgesamt 2.668 Elektroden auf neuronale Muster überwacht, während sie den Pink-Floyd-Klassiker hörten. Diese Daten wurden dann mithilfe von maschinellem Lernen durch einen Prozess, der als „regressionsbasiertes Dekodierungsmodell“ bekannt ist, analysiert. Einfach ausgedrückt suchten Computer-Algorithmen nach Korrelationen zwischen der gespielten Musik und dem, was im Gehirn vor sich ging. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen das System dann umkehren und so „Another Brick in the Wall“ anhand der Reaktion des Gehirns darauf identifizieren. „Zwar klingt die rekonstruierte Aufnahme etwas dumpf und verzerrt, aber man kann recht einfach erkennen, um welches Lied es sich handelt.“

Audio 1: Die Original-Hörvorlage (Ausschnitt aus „Another Brick in the Wall“)

Die anhand von Hirnaktivitätsmustern rekonstruierte Variante #01

Die anhand von Hirnaktivitätsmustern rekonstruierte Variante #02

(Alternativ finden Sie die Original-Hörvorlage finden Sie auch HIER. Die beiden anhand der Hirnaktivitätsmuster rekonstruierten Versionen HIER und HIER)

Hier die Ergebnisse früherer Versuche nahand einzelner Wörter…

Der Forschungserfolg trägt zu laufenden Bemühungen bei, Gehirnmuster besser zu entschlüsseln und Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine zu verbessern. „Stellen Sie sich vor, die Musikwahrnehmung für Menschen mit Hirnschäden wiederherstellen zu können, oder Menschen, die die Fähigkeit zur Sprache verloren haben, könnten die Worte, die sie sagen möchten, denken, ebenso wie Tonhöhe, Klang und lyrischer Fluss dieser Worte. Die Erkenntnisse zur musikalischen Wahrnehmung könnten beispielsweise zur Entwicklung eines allgemeinen auditiven Decoders beitragen, der die prosodischen Elemente der Sprache auf der Grundlage von relativ wenigen, gut platzierten Elektroden einschließt“, beschreiben die Forschenden um Ludovic Bellier Ziel und Absicht ihrer Forschung.

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Recherchequelle: PLoS Biology

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