每天，人類的大腦都會(huì)遇到刺耳的聲音，通常都同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)著它的注意力。在自助餐廳，購(gòu)物中心，街道，操場(chǎng)甚至在家里，到處都是噪音。人們說(shuō)話。音樂(lè)劇。嬰兒哭了。汽車在打開(kāi)窗戶和打開(kāi)收音機(jī)的情況下開(kāi)車經(jīng)過(guò)。消防車警報(bào)器尖叫。狗吠。割草機(jī)咆哮。列表是無(wú)止境的。

隨著所有這些的進(jìn)行，大腦如何分辨出重要的東西以及需要聽(tīng)到的東西?

“我們想了解當(dāng)背景聲音很多時(shí)，在嘈雜的環(huán)境中大腦是如何處理和感知聲音的，”約翰·霍普金斯大學(xué)語(yǔ)言與語(yǔ)音處理中心的電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授埃希拉利說(shuō)。“最終目標(biāo)是學(xué)習(xí)大腦如何適應(yīng)不同的聲學(xué)環(huán)境。”

Elhilali在神經(jīng)科學(xué)與工程學(xué)的接口上工作，希望利用從基礎(chǔ)研究中學(xué)到的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品，以增強(qiáng)交流。

Elhilali說(shuō)，當(dāng)大腦暴露于各種各樣的聲音中時(shí)，大腦中會(huì)發(fā)生兩個(gè)過(guò)程，即“自下而上”和“自上而下”。她說(shuō)，在房間中聽(tīng)到許多不同的聲音是“自下而上”的，也就是說(shuō)，“由周圍的聲音所驅(qū)動(dòng)”，而將諸如對(duì)話之類的特定聲音歸零是“自上而下”的，她說(shuō)：“是由您的心態(tài)控制的。我們正在努力理解這兩個(gè)過(guò)程之間的相互作用。”

她和她的研究同事將利用這些信息，構(gòu)建關(guān)于大腦如何在復(fù)雜環(huán)境中感知聲音的數(shù)學(xué)模型(計(jì)算機(jī)算法)，“并制造出更好的機(jī)器(計(jì)算機(jī))，使其能夠像人腦一樣聽(tīng)到”，她說(shuō)。“我們正在嘗試建立一個(gè)可以在諸如人腦這樣的嘈雜環(huán)境中處理聲音的計(jì)算機(jī)大腦，以便您可以與計(jì)算機(jī)對(duì)話，并且它可以理解您在說(shuō)什么。”

最終，這項(xiàng)研究有潛力使眾多工程和通信應(yīng)用受益，例如手機(jī)，工業(yè)界，戰(zhàn)場(chǎng)上的蜂窩電話，設(shè)計(jì)新型更好的助聽(tīng)器以及改善許多消費(fèi)者當(dāng)前都討厭的電話自動(dòng)化系統(tǒng)。和令人沮喪。

她說(shuō)：“從我們的工作中獲得的知識(shí)應(yīng)該能夠針對(duì)那些機(jī)器人系統(tǒng)。” “它們現(xiàn)在不起作用的原因是，它們沒(méi)有被設(shè)計(jì)為處理復(fù)雜和未知的環(huán)境。他們被設(shè)計(jì)為在受控實(shí)驗(yàn)室中工作，因此系統(tǒng)崩潰了。”

該研究最終旨在改善人與人之間或人與機(jī)器之間的通信。她說(shuō)：“我們希望從生物學(xué)中學(xué)習(xí)，以設(shè)計(jì)更好的系統(tǒng)。” “聽(tīng)力系統(tǒng)和語(yǔ)音技術(shù)的性能可以從對(duì)大腦如何處理和感知聲音的更深入的了解和知識(shí)中受益匪淺。”

Elhilali的研究是根據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的教師早期職業(yè)發(fā)展(CAREER)獎(jiǎng)進(jìn)行的，該獎(jiǎng)于2009年作為NSF的《美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》的一部分獲得。該獎(jiǎng)項(xiàng)支持初級(jí)教師，這些教師通過(guò)出色的研究，出色的教育以及在其組織使命范圍內(nèi)的教育與研究的融合來(lái)體現(xiàn)教師學(xué)者的作用。NSF將在五年內(nèi)為她的作品提供約55萬(wàn)美元的資金。

通常，“實(shí)驗(yàn)室聲音是我們?cè)谌粘Ｉ钪新?tīng)到的聲音的簡(jiǎn)化版本，” Elhilali說(shuō)。為了更好地了解我們周圍復(fù)雜的聲音環(huán)境，我們需要在各種條件下測(cè)試聽(tīng)眾。我們將人們帶到錄音棚，并向他們播放模擬不同聆聽(tīng)環(huán)境的各種聲音。我們要求他們注意不同的聲音元素，并報(bào)告他們聽(tīng)到的聲音，或者只是告訴我們他們是否聽(tīng)到了不尋常的聲音。”

她說(shuō)，例如，當(dāng)聽(tīng)一群男性之間的對(duì)話時(shí)，女性聲音或旋律的引入將引起人們的注意，并且聽(tīng)眾通常將其表示為預(yù)期的事件。她說(shuō)：“我們希望更多地了解聽(tīng)眾的不同期望如何偏向他們聽(tīng)聲音的方式以及如何解釋他們周圍的世界。”

最終，研究人員打算使用腦電圖(EEG)直接測(cè)量大腦活動(dòng)，該設(shè)備可以檢測(cè)頭皮上的電活動(dòng)，“并告訴我們大腦如何處理聲音，”她說(shuō)。“大腦的不同部分通過(guò)發(fā)送電信號(hào)進(jìn)行通信，我們希望看到當(dāng)我們將聽(tīng)覺(jué)環(huán)境從受控狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜狀態(tài)時(shí)，大腦活動(dòng)模式如何變化。”

通過(guò)該贈(zèng)款的教育部分，埃希拉利(Elhilali)正在開(kāi)發(fā)一種跨學(xué)科課程，旨在鼓勵(lì)大學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)和工程學(xué)，并認(rèn)識(shí)到這兩個(gè)領(lǐng)域相輔相成。她說(shuō)：“我希望學(xué)生意識(shí)到他們可以將其科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)。”

標(biāo)簽： 計(jì)算機(jī)算法