人工智能破解大脑信号？AI 已能根据大脑活动，还原你听过的歌曲

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

科学家利用人工智能技术，根据人们听音乐时的大脑活动记录，重建了摇滚乐队平克・弗洛伊德的名曲。这项研究帮助我们进一步了解了大脑对音乐的感知机制，并最终可以为语言障碍患者设计出更好的语音设备。

文 | 陈强

你是否想过，当你享受音乐的美妙时，你的大脑也在同步地产生相应的神经信号？如果我们能够捕捉到这些信号，并将它们还原成音乐，那会是什么样的？

最近，美国加州大学伯克利分校的神经科学家罗伯特・奈特（Robert Knight）和他的同事就实现了这一壮举。为了进行这项研究，从 2009 年到 2015 年，研究团队在美国奥尔巴尼医学中心对 29 名癫痫患者的大脑进行了记录。

作为癫痫治疗的一部分，这些患者的大脑中植入了一组类似钉子的电极。这为科学家提供了一个难得的机会，可以在患者聆听音乐时记录他们的大脑活动。

研究团队选择了英国摇滚乐队平克・弗洛伊德（Pink Floyd）的歌曲《墙上的另一块砖，第 1 部分》（Another Brick in the Wall, Part 1），部分原因是年长的患者喜欢这首歌。而且，这首歌有 41 秒的歌词和两分半钟的纯乐器演奏，这种组合有助于揭示大脑是如何处理语言和旋律的。

人工智能助力破解大脑信号

通过将大脑信号与原始歌曲进行比较，研究团队确定了哪些大脑信号是与歌曲的音高、旋律、和声和节奏密切相关的。然后，他们训练人工智能来学习大脑活动与这些音乐元素之间的联系。不过在训练数据中，他们排除了原始歌曲中一个 15 秒的片段。

经过训练后的人工智能可以根据患者的大脑信号，重建那个缺失的歌曲片段。与原始的歌曲片段相比，人工智能生成的歌曲片段听起来像是从水下传来的，不过其节奏完整，歌词模糊但仍可辨认。

研究团队发现，一个被称为"颞上回"（superior temporal gyrus）的大脑区域，负责处理歌曲中吉他的节奏。他们还发现，处理音乐时，来自大脑右半球的信号比来自左半球的信号更强烈，这证实了先前研究的结果。"语言主要依赖于左脑，而音乐则涉及到大脑的多个区域，但右脑更占上风。"奈特解释道。

设计出更好的语音转换设备

在这项研究中，电极是通过手术植入到患者大脑中的，这使得该项研究无法推广到其他更一般的情况。不过，在今年早些时候，日本大阪大学的神经科学家高木优与谷歌的科学家合作，分析了用功能性磁共振成像（fMRI）技术收集的大脑信号，识别出了志愿者聆听的音乐类型。也许过不多久，科学家就可以利用 fMRI 等非入侵性技术手段，就可以把大脑信号转换成音乐。

研究团队希望，通过探索大脑对音乐的感知机制，这项工作最终可以有助于设计出更好的设备，来帮助那些有语言障碍的人将大脑信号直接转换为语音。

奈特说："对于那些患有肌萎缩侧索硬化症（一种神经系统疾病）或失语症（一种语言疾病）的人来说，他们很难说话，我们想要一种听起来就像与正常人交流一样的设备。了解大脑如何处理语音的音乐元素，包括语气和情感，可以使这些设备听起来不那么像机器人在说话。"

未来的音乐究竟是谁写的？

目前，人工智能只能根据大脑信号来重建人们正在听到的音乐。但是如果未来我们能够突破这个限制，并让人工智能重建人们正在想象的音乐，那么我们甚至可以利用这种技术来创作音乐。

但是，利用这种技术来创作音乐，可能会引发关于版权的争议。其中，音乐作品的创作者究竟是谁，是最难回答的问题。记录大脑活动的人会是创作者吗？人工智能本身会是创作者吗？被记录大脑活动的人会是创作者吗？

被记录大脑活动的人是否被认为是创作者，甚至可能取决于所涉及的大脑区域。大脑活动是来自听觉皮层等大脑的非创造性部分，还是来自负责创造性思维的额叶皮层，这可能会对音乐作品的著作权产生不同的影响。法律人士可能需要逐案评估这些复杂的问题。

参考文献：

• https://news.berkeley.edu/2023/08/15/releases-20230811

• https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002176