聴覚機器の改良に影響を与えた「喧騒の中で特定の音を聞き分ける時の脳活動」

人間の聴覚は、喧騒の中においても、聞こうと思っている対象の音を聞き分けることができます。
そのような機能を発揮している時、脳はどのように活動しているか、研究者は語ります。

In a crowded room where many people are talking, such as a family birthday party or busy restaurant, our brains have the ability to focus our attention on a single speaker.

参照元：https://www.urmc.rochester.edu/news/publications/neuroscience/urmc-researchers-reveal-how-the-brain-understands-one-voice-in-a-noisy-crowd
– ロチェスター大学メディカルセンター University of Rochester Medical Center. Dec. 15, 2021 –

家族の誕生日パーティーや混雑したレストランなど、多くの人が話しているような混雑した部屋では、私たちの脳は1人の話し手に注意を集中させる能力を持っています。

ロチェスター大学医療センター神経科学・生体工学部准教授のエドモンド・ラロー博士は、このシナリオと、スピーチ、言語、音楽などの刺激を脳がどのように処理するかを理解することを研究課題としてきました。

最近、ラロー教授の研究室は、脳がどのようにしてこの情報を解きほぐし、ある話し手の声を意図的に聞きながら、別の話し手を遠ざけたり無視したりするのか、新たな手がかりを発見した。

脳は実際に、話を聞いている話者からの言葉を理解するために余分なステップを踏んでおり、会話に渦巻く他の言葉ではそのステップを踏んでいないのです。

ラロー博士は話します。

「私たちの発見は、出席している話と、出席していないまたは無視されている話の両方の音響が、同様に処理されることを示唆しています。しかし、我々は、脳内で次に起こることに明確な区別があることを発見しました。」

最近、The Journal of Neuroscienceに掲載されたこの研究のために、参加者は、同時に2つの物語を聴きましたが、1つだけに注意を向けるように言われたのです。

脳波の記録から、参加者が注意を払うように指示された物語は、音素として知られる言語単位に変換され、もう一方の物語には変換されないことがわかりました。

ラロー博士は話します。

「この変換が、注目した物語を理解するための第一歩なのです。音は、音素や音節のような特定の言語カテゴリーに対応するものとして認識される必要があり、それによって、最終的に、どんな言葉が話されているのかを判断することができます。」

「 例えば、異なるアクセントや異なる声の高さを持つ人々が話すように、異なる音がしたとしても。」

この論文の共著者には、ロチェスターの大学院生Farhin Ahmedと、ダブリン大学トリニティカレッジのEmily Teohがいます。

本研究は、アイルランド科学財団、アイルランド研究評議会政府、デルモンテ神経科学研究所パイロットプログラム、国立聴覚障害・その他のコミュニケーション障害研究所から資金提供を受けています。

本研究は、Cerebral Cortex誌に掲載されたLalor氏率いる2015年の研究の継続です。

その研究は、補聴器などのより良いウェアラブルデバイスの開発のように、障害を持つ人間が世界との感覚や運動の相互作用を改善することを目的とした技術に影響を与えたとして、最近2021年ミシャ・マホワルド賞 for Neuromorphic Engineeringを受賞しています。

この研究は、2012年のテルライド・ニューロモルフィック工学認知ワークショップから始まり、欧州連合の資金提供を受けた複数パートナー機関による認知制御型補聴器プロジェクトにつながり、リアルタイム聴覚注意力復号システムの実証に成功しました。

ラロー博士は話します。

「この賞を受賞することは、2つの意味で大変名誉なことです。第一に、価値あるインパクトのある仕事をしたことが仲間に認められるのは、一般的にとても良いことです。このコミュニティは神経科学者とエンジニアで構成されているので、彼らから認められることは非常に喜ばしいことです。」

「また、ニューロモルフィック工学の分野のパイオニアであり、若くして亡くなったミーシャ・マショワルドとつながりができたことは、大変光栄なことです。」

デルモンテ神経科学研究所の所長であるジョン・フォックス博士は、この研究の共著者で、脳波の信号を用いて、複数のスピーカーがある環境で、その人が誰に注目しているかを判断することが可能であることを示しました。

これは、平均的な脳信号への影響を見るという標準的なアプローチを超えた、新しい研究でした。

ラロー博士は話します。

「私たちの研究は、ほとんどリアルタイムで、信号を解読して、あなたが誰に注目しているかを正確に把握できることを示しました。」

トリニティ・カレッジのJames O’Sullivan氏とAlan Power氏、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のNima Mesgarani氏、ボストン大学のSiddharth Rajaram氏とBarbara Shinn-Cunningham氏、Google ResearchのMalcolm Slaney氏、メリーランド大学のShihab Shamma氏が追加執筆者として名を連ねています。