wtorek, 20 lipca 2010

Nowe narzędzie do badań nad świadomym śnieniem?

Poniższy film przedstawia technologię bezgłosowej komunikacji, opracowaną przez Ambient Corporation i zaprezentowaną podczas Texas Instruments Developer Conference 2008. W skrócie, mikrokontroler Texas Instruments MSP430 umożliwia rozpoznawanie mowy na podstawie sygnałów nerwowych docierających do mięśni sterujących strunami głosowymi, rejestrowanych za pomocą odpowiednio umieszczonych elektrod, dzięki czemu wystarczy niemalże jedynie pomyśleć o tym co chce się powiedzieć, a urządzenie przetworzy sygnały nerwowe na konkretne słowa.




Badania nad rozpoznawaniem mowy opartym o sygnały elektryczne wysyłane przez różne grupy mięśni uczestniczące w kontroli aparatu mowy rozpoczęła już pod koniec lat 90-tych grupa naukowców z NASA pod kierownictwem Charlesa Jorgensena, jako cześć projektu nazwanego The Extension of the Human Senses Initiative. Jego celem było opracowanie urządzeń wspomagających komunikację pomiędzy ludźmi (jak i również człowiekiem i maszyną) w trudnych warunkach dźwiękowych, jak głośne syreny, silniki oraz w sytuacjach wymagających cichej komunikacji (np. zastosowania wojskowe).

Jak się okazuje, mięśnie sterujące strunami głosowymi oraz innymi elementami składającymi się na aparat mowy (tzw. artykulatory) wysyłają impulsy elektryczne nie tylko podczas głośnego mówienia, ale także wtedy gdy bezgłosowo powtarzamy słowa, np. czytając sobie książkę. Jeżeli więc zarejestrujemy sygnały bioelektryczne odpowiednich grup mięśni (EMG) i odpowiednio je przetworzymy, będziemy mogli odtworzyć poszczególne słowa, pomimo tego że nie wypowiedzieliśmy ich na głos (oczywiście tylko wtedy, jeżeli wcześniej tych słów „nauczą się” sztuczne sieci neuronowe).

Przypomnę, że w badaniach nad świadomym śnieniem również wykorzystuje się sygnały bioelektryczne z mięśni, w celu sygnalizowania początku świadomego snu lub rozpoczęcia i zakończenia wykonywania różnych czynności eksperymentalnych podczas jego trwania. Pomimo paraliżu mięśni szkieletowych podczas snu REM, aktywność bioelektryczna tych mięśni może być rejestrowana za pomocą EMG. Co więcej, udowodniono w licznych doświadczeniach, że śnione ruchy kończyn są skorelowane z podwyższona aktywnością bioelektryczna mięśni odpowiadających za ruchy tych właśnie kończyn. Przykładowo, kiedy podczas świadomego snu zaciśniemy pięść, odpowiedni sygnał EMG zostanie zarejestrowany z tego mięśnia, który odpowiada za ten ruch, pomimo, że samego ruchu w rzeczywistości nie wykonamy (Krótki przegląd tych badań można znaleźć w tym artykule, w sekcji 2.2. Dream content and EMG activity).

Dlaczego więc nie wykorzystać technik rozpoznawania mowy, opartych na sygnałach EMG, w badaniach nad świadomym śnieniem? Usprawniłoby to znacznie komunikację pomiędzy osobą śniącą a eksperymentatorem, gdzie zamiast obecnie stosowanych prostych sygnałów (horyzontalne ruchy gałek ocznych oraz wspomniane zaciskanie pięści) można by korzystać z pełnych słów a nawet zdań. Kto wie, być może umożliwiłoby to nawet komentowanie przebiegu akcji snu w czasie rzeczywistym przez osobę pozostającą w stanie snu?

Wiadomo, że aktywność EMG podczas snu nie dotyczy jedynie mięśni kończyn. Już w latach 80-tych Shimizu i Inoue (1986) przeprowadzili badania , wykazując, że sny, w których dużo mówimy są skorelowane z aktywnością bioelektryczną mięśni odpowiedzialnych za mowę. Czy ta przesłanka wróży więc świetlaną przyszłość subwokalnej komunikacji w badaniach nad świadomym śnieniem?

Na pewno należałoby na początek przeprowadzić szereg badań korelacyjnych, podobnie jak miało to miejsce w przypadku sygnalizacji ruchami gałek ocznych. Poza tym, należy pamiętać, że rejestracja właściwych impulsów nerwowych sterujących odpowiednimi mięśniami związanymi z poprawnym działaniem aparatu mowy jest sama w sobie rzeczą niezwykle trudną, gdy korzystamy z technik nieinwazyjnych, a takimi są pomiary aktywności EMG za pomocą elektrod powierzchniowych. Rejestrowane sygnały nie reprezentują przecież aktywności pojedynczych mięśni lecz całych ich grup. Pewne ograniczenia tej metody dotyczą także liczby słów możliwych do rozpoznania w oparciu o aktywność EMG, wynikając z charakterystyki samego sygnału EMG. W badaniach NASA skuteczność poprawnego rozpoznawania słów (z puli liczącej poniżej 20 wyrazów) wynosiła 90-95 %, natomiast w rozpoznawaniu poszczególnych fonemów w mowie ciągłej skuteczność spadała do 70 %.

Urządzenie zaprezentowane przez Ambient Corporation w 2008 roku rozpoznawało około 150 słów, jednak jego twórcy zapowiadali, że do końca roku wypuszcza na rynek ulepszoną wersję, bez ograniczeń w liczbie słów, która zamiast rozpoznawać poszczególne słowa czy frazy będzie zdolna do identyfikowania poszczególnych fonemów i na ich podstawie rozpozna każde słowo. Rok później, Audeo – bo taką nazwę nosi to urządzenie – wygrało konkurs na Wynalazek Roku 2009, wykazując się wydajnością rozpoznawania maksymalnie 30 słów na minutę co odpowiada około 1/5 wydajności normalnej mowy.


Zestaw rozwojowy (sensor Audeo wraz z modułem bezprzewodowym) można nabyć za 2000 USD na stronie producenta. (12/03/2016 - strona niestety juz nie działa)

0 komentarze:

Prześlij komentarz

Liczba wyświetleń

Śledź przez Email

Creative Commons License
Treść bloga jest dostępna na licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.0 Generic License

Copyright © Lucidologia Published By Gooyaabi Templates | Powered By Blogger

Design by Anders Noren | Blogger Theme by NewBloggerThemes.com