Natuurlijke stemisolatie: Wetenschappers onthullen hoe de hersenen stemmen isoleren in een lawaaierige omgeving

Al tientallen jaren bestuderen neurowetenschappers het "cocktailparty-probleem": het opmerkelijke vermogen van de menselijke hersenen om zich opzettelijk af te stemmen op één stem temidden van een kakofonie van achtergrondgeluiden. Hoewel al lang bekend is dat de hersenen deze interne focus bereiken door de activiteit van neuronen die op specifieke audiokenmerken zijn afgestemd te versterken, beschikten onderzoekers voorheen niet over een werkend computationeel model om te bewijzen dat dit mechanisme voldoende was voor echte scenario's.

Onlangs heeft een team onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology met succes een kunstmatig neuraal netwerk ontwikkeld dat dit menselijke auditieve vermogen weerspiegelt. Het onderzoek, dat gepubliceerd is in het tijdschrift Nature Human Behavior, onthult dat de hersenen gebruik maken van een strategie die wetenschappelijk bekend staat als multiplicatieve kenmerkversterking. Eenvoudig gezegd gedragen de hersenen zich als een zeer specifieke volumeknop. Wanneer iemand naar een doelstem luistert, versterken de hersenen neurale signalen die verband houden met de unieke kenmerken van die stem, zoals de toonhoogte, terwijl ze tegelijkertijd het volume van concurrerende geluiden verlagen.

Om dit te testen gaf het MIT-team hun kunstmatige model een korte audiocue van een specifieke stem, gevolgd door een lawaaierige mix van overlappende sprekers. Het model slaagde erin om de doelstem op de voorgrond te plaatsen, waarbij het de menselijke prestaties in verschillende omstandigheden evenaarde. Het model bootste zelfs veelvoorkomende menselijke luisterfouten na, zoals moeite om twee verschillende stemmen met dezelfde toonhoogte van elkaar te onderscheiden.

Geen van onze modellen had het vermogen dat mensen hebben, om naar een bepaald object of een bepaald geluid te worden geleid en dan hun reactie op dat object of dat geluid te baseren. Dat is een echte beperking geweest. - Josh H. McDermott, corresponderend auteur van het artikel over dit onderzoek.

Met het model konden onderzoekers ook snel testen hoe ruimtelijke locatie het luisteren beïnvloedt. Het systeem voorspelde dat het onderscheiden van stemmen aanzienlijk eenvoudiger is als de sprekers horizontaal in plaats van verticaal uit elkaar staan - een fenomeen dat het team vervolgens bevestigde in proeven op mensen. De onderzoekers hopen dat dit model de weg vrijmaakt voor geavanceerde cochleaire implantaten die mensen kunnen helpen om hun aandacht beter te richten in chaotische omgevingen.