Естественная изоляция голоса: Ученые выяснили, как мозг изолирует голоса в шумной обстановке

На протяжении десятилетий нейробиологи изучали "проблему коктейльной вечеринки", которая заключается в удивительной способности человеческого мозга намеренно настраиваться на один голос среди какофонии фонового шума. Хотя уже давно понятно, что мозг достигает такой внутренней сосредоточенности путем усиления активности нейронов, настроенных на определенные звуковые характеристики, ранее исследователям не хватало рабочей вычислительной модели, чтобы доказать, что этот механизм достаточен для реальных сценариев.

Недавно команда исследователей из Массачусетского технологического института успешно разработала искусственную нейронную сеть, которая отражает эту слуховую способность человека. Исследование, опубликованное в журнале Nature Human Behavior, показывает, что мозг использует стратегию, известную в науке как мультипликативное усиление признаков. Проще говоря, мозг действует как высокоспецифичный регулятор громкости. Когда человек слушает целевой голос, его мозг усиливает нейронные сигналы, связанные с уникальными характеристиками этого голоса, такими как высота тона, одновременно уменьшая громкость конкурирующих звуков.

Чтобы проверить это, команда Массачусетского технологического института подала своей искусственной модели короткий звуковой сигнал определенного голоса, а затем шумную смесь из перекрывающихся динамиков. Модель успешно вывела целевой голос на передний план, сравнив его с человеческими показателями в различных условиях. Она даже воспроизвела типичные ошибки человека при прослушивании, например, попытки разделить два разных голоса, которые имеют схожую высоту тона.

Ни одна из наших моделей не обладала способностью, которая есть у человека, - быть привязанной к определенному объекту или определенному звуку, а затем основывать свою реакцию на этом объекте или звуке. Это было настоящим ограничением. - Джош Х. МакДермотт, автор-корреспондент статьи об этом исследовании.

Модель также позволила исследователям быстро проверить, как пространственное расположение влияет на восприятие звука. Система предсказала, что различать голоса значительно легче, когда динамики разделены горизонтально, а не вертикально - это явление команда впоследствии подтвердила в испытаниях на людях. Исследователи надеются, что эта модель проложит путь к созданию усовершенствованных кохлеарных имплантатов, которые помогут людям более эффективно концентрировать свое внимание в хаотичной обстановке.