大腦通過(guò)識(shí)別音節(jié)來(lái)分析口語(yǔ)。日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）和不斷發(fā)展的語(yǔ)言國(guó)家能力研究中心（NCCR）的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種計(jì)算模型，該模型再現(xiàn)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)執(zhí)行此操作所采用的復(fù)雜機(jī)制。該模型匯集了兩個(gè)獨(dú)立的理論框架，使用等效于大腦活動(dòng)產(chǎn)生的神經(jīng)元振動(dòng)來(lái)處理關(guān)聯(lián)語(yǔ)音的連續(xù)聲音流。

該模型根據(jù)稱為預(yù)測(cè)編碼的理論起作用，從而大腦通過(guò)不斷嘗試基于候選假設(shè)（此模型中的音節(jié)）來(lái)預(yù)測(cè)感覺信號(hào)來(lái)優(yōu)化感知。結(jié)果模型在《自然通訊》雜志上進(jìn)行了描述，該模型有助于實(shí)時(shí)識(shí)別以自然語(yǔ)言說(shuō)出的數(shù)百個(gè)句子中包含的數(shù)千個(gè)音節(jié)。這證實(shí)了神經(jīng)元振動(dòng)可以用來(lái)協(xié)調(diào)我們聽到的音節(jié)流與大腦預(yù)測(cè)的想法。

UNIGE醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)系教授，不斷發(fā)展的語(yǔ)言NCCR聯(lián)合主任Anne-Lise Giraud說(shuō)：“腦部活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生可通過(guò)腦電圖測(cè)量的神經(jīng)元振蕩?！边@些是電磁波，是由整個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的相干電活動(dòng)產(chǎn)生的。有幾種類型，根據(jù)它們的頻率定義。它們被稱為α，β，θ，δ或γ波。這些節(jié)奏單獨(dú)或疊加在一起，與不同的認(rèn)知功能相關(guān)，例如感知，記憶，注意力，機(jī)敏性等。

但是，神經(jīng)科學(xué)家尚不知道他們是否對(duì)這些功能做出積極貢獻(xiàn)以及如何發(fā)揮作用。在2015年發(fā)表的一項(xiàng)較早研究中，Giraud教授的團(tuán)隊(duì)表明，theta波（低頻）和gamma波（高頻）相互配合，對(duì)音節(jié)中的音流進(jìn)行排序，并分析其內(nèi)容，以便對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。

總部位于日內(nèi)瓦的科學(xué)家根據(jù)這些生理節(jié)律開發(fā)了一種突跳的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)模型，該模型在現(xiàn)場(chǎng)（在線）音節(jié)排序方面的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。

在他們的第一個(gè)模型中，theta波（介于4赫茲與8赫茲之間）使跟隨系統(tǒng)感知的音節(jié)節(jié)奏成為可能。伽馬波（大約30赫茲）用于將聽覺信號(hào)切成較小的切片并進(jìn)行編碼。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)鏈接到每個(gè)聲音序列的“音素”配置文件，可以將其與后一個(gè)音節(jié)進(jìn)行比較，并與已知音節(jié)庫(kù)進(jìn)行比較。這種類型的模型的優(yōu)點(diǎn)之一是，它可以自發(fā)地適應(yīng)語(yǔ)音速度，語(yǔ)音速度可能因人而異。

在這篇新文章中，為了更接近生物學(xué)現(xiàn)實(shí)，Giraud教授和她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新模型，其中結(jié)合了來(lái)自另一個(gè)理論框架的元素，而與神經(jīng)元振蕩無(wú)關(guān)：“預(yù)測(cè)編碼”。

“該理論認(rèn)為，大腦的功能是如此之好，因?yàn)樗恢痹谑褂猛饨缡录绾萎a(chǎn)生感官信號(hào)的學(xué)習(xí)模型來(lái)不斷嘗試預(yù)測(cè)和解釋環(huán)境中正在發(fā)生的事情。就口語(yǔ)而言，它試圖找到最有效的方法。根據(jù)已學(xué)到的，并且正在不斷更新的一組心理表征，可能會(huì)隨著聲音的發(fā)展而使耳朵感知到的聲音的可能原因?！?Giraud小組的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家Itsaso Olasagasti博士說(shuō)。模型實(shí)施。

“我們開發(fā)了一種模擬這種預(yù)測(cè)編碼的計(jì)算機(jī)模型，”基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)系研究員，該論文的第一作者Sevada Hovsepyan解釋說(shuō)?！岸椅覀兺ㄟ^(guò)引入振蕩機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)它?！?/p>

進(jìn)入系統(tǒng)的聲音首先由類似于神經(jīng)元種群產(chǎn)生的θ（慢）波調(diào)制。這樣就可以發(fā)信號(hào)通知音節(jié)的輪廓。然后，（快速）伽馬波序列有助于在音節(jié)被感知時(shí)對(duì)音節(jié)進(jìn)行編碼。在此過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)建議可能的音節(jié)，并在必要時(shí)更正選擇。在兩個(gè)級(jí)別之間來(lái)回幾次后，它會(huì)發(fā)現(xiàn)正確的音節(jié)。隨后，系統(tǒng)在每個(gè)音節(jié)結(jié)束時(shí)將其重置為零。

該模型已成功使用220個(gè)句子中的2888個(gè)不同音節(jié)以英語(yǔ)自然語(yǔ)言進(jìn)行了測(cè)試。Giraud教授說(shuō)：“一方面，我們成功地將兩個(gè)非常不同的理論框架整合到一個(gè)計(jì)算機(jī)模型中?！薄傲硪环矫?，我們已經(jīng)表明，神經(jīng)元振蕩很可能在節(jié)奏上使大腦的內(nèi)源性功能與通過(guò)感覺器官?gòu)耐獠總魅氲男盘?hào)對(duì)齊。如果將其放回預(yù)測(cè)編碼理論中，則意味著這些振蕩可能使大腦大腦在正確的時(shí)機(jī)做出正確的假設(shè)。”