El habla, una habilidad humana fundamental, es orquestada por procesos cerebrales complejos que han desconcertado a los investigadores durante años. La intrincada interacción entre las regiones cerebrales responsables del control preciso de los movimientos musculares en la boca, la mandíbula y la lengua, y aquellas involucradas en el procesamiento de la retroalimentación auditiva de nuestra propia voz, ha planteado un rompecabezas desafiante. Descifrar este rompecabezas es esencial para avanzar en el desarrollo de prótesis productoras de habla para personas que han perdido la capacidad de hablar.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva York (NYU), copresidido por Adeen Flinker, Profesor Asociado de Ingeniería Biomédica en NYU Tandon y de Neurología en la Escuela de Medicina Grossman de NYU, y Yao Wang, Profesor de Ingeniería Biomédica e Ingeniería Eléctrica y Computacional en NYU Tandon, además de miembro de NYU WIRELESS, está logrando avances significativos en la decodificación del enigma neural del habla. Su objetivo es crear tecnología de reconstrucción vocal que ofrezca esperanza a quienes han perdido su capacidad de hablar.
El equipo de investigación de NYU ha aprovechado el potencial de intrincadas redes neuronales para recrear el habla a partir de grabaciones cerebrales, arrojando luz sobre los mecanismos neurales que subyacen al habla humana. Sus hallazgos revolucionarios se han publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS, por sus siglas en inglés).
La producción del habla humana involucra procesos cerebrales complejos, que abarcan el control de avance de comandos motores y el procesamiento de la retroalimentación relacionada con la producción de la propia voz. Estos procesos requieren la participación simultánea de múltiples redes cerebrales, lo que dificulta discernir el momento y la extensión de la reclutación cortical para el control motor en comparación con el procesamiento sensorial durante la producción de habla.
En su investigación reciente, el equipo de NYU ha logrado desentrañar estos procesos intrincados. Han empleado una innovadora arquitectura de aprendizaje profundo en grabaciones neuroquirúrgicas humanas y han utilizado un sintetizador de habla diferenciable basado en reglas para descifrar los parámetros del habla a partir de señales corticales. Las arquitecturas de redes neuronales que implementaron pueden distinguir entre convoluciones temporales causales (utilizando señales neurales actuales y pasadas para decodificar el habla actual), anticausales (utilizando señales neurales actuales y futuras) o una combinación de ambas (no causales), lo que les permite analizar minuciosamente las contribuciones del control de avance y de la retroalimentación en la producción de habla.
Este enfoque nos permitió desentrañar el procesamiento de las señales neurales de avance y retroalimentación que ocurren simultáneamente mientras producimos habla y percibimos la retroalimentación de nuestra propia voz”.
La Dra. Flinker
De manera asombrosa, este enfoque innovador no solo descifró parámetros de habla interpretables, sino que también reveló información sobre los campos receptivos temporales de las regiones corticales reclutadas para la producción de habla. Contrariamente a las nociones predominantes que segregan las redes corticales de retroalimentación y avance, los análisis de los investigadores revelaron una arquitectura matizada de procesamiento mixto de retroalimentación y avance que abarca las cortezas frontal y temporal. Esta nueva perspectiva, combinada con un rendimiento excepcional en la decodificación del habla, representa un avance significativo en la comprensión de los complejos mecanismos neurales que subyacen a la producción de habla.
El equipo de investigación de NYU ha utilizado este nuevo entendimiento para informar el desarrollo de prótesis capaces de leer la actividad cerebral y traducirla directamente en habla. Lo que distingue su prototipo de otros es su capacidad para recrear la voz del paciente, incluso con conjuntos de datos mínimos de grabaciones. Esta tecnología ofrece una línea de vida a los pacientes que han perdido su voz, permitiéndoles no solo recuperarla, sino reproducirla de manera precisa. Esto es posible a través de una red neuronal profunda que tiene en