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科學(xué)家利用人工智能技術(shù)，根據(jù)人們聽音樂時的大腦活動記錄，重建了搖滾樂隊平克?弗洛伊德的名曲。這項研究幫助我們進一步了解了大腦對音樂的感知機制，并最終可以為語言障礙患者設(shè)計出更好的語音設(shè)備。
文 | 陳強
你是否想過，當你享受音樂的美妙時，你的大腦也在同步地產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)信號？如果我們能夠捕捉到這些信號，并將它們還原成音樂，那會是什么樣的？
最近，美國加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)家羅伯特?奈特（Robert Knight）和他的同事就實現(xiàn)了這一壯舉。為了進行這項研究，從 2009 年到 2015 年，研究團隊在美國奧爾巴尼醫(yī)學(xué)中心對 29 名癲癇患者的大腦進行了記錄。
作為癲癇治療的一部分，這些患者的大腦中植入了一組類似釘子的電極。這為科學(xué)家提供了一個難得的機會，可以在患者聆聽音樂時記錄他們的大腦活動。
研究團隊選擇了英國搖滾樂隊平克?弗洛伊德（Pink Floyd）的歌曲《墻上的另一塊磚，第 1 部分》（Another Brick in the Wall, Part 1），部分原因是年長的患者喜歡這首歌。而且，這首歌有 41 秒的歌詞和兩分半鐘的純樂器演奏，這種組合有助于揭示大腦是如何處理語言和旋律的。
人工智能助力破解大腦信號
通過將大腦信號與原始歌曲進行比較，研究團隊確定了哪些大腦信號是與歌曲的音高、旋律、和聲和節(jié)奏密切相關(guān)的。然后，他們訓(xùn)練人工智能來學(xué)習(xí)大腦活動與這些音樂元素之間的聯(lián)系。不過在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中，他們排除了原始歌曲中一個 15 秒的片段。
經(jīng)過訓(xùn)練后的人工智能可以根據(jù)患者的大腦信號，重建那個缺失的歌曲片段。與原始的歌曲片段相比，人工智能生成的歌曲片段聽起來像是從水下傳來的，不過其節(jié)奏完整，歌詞模糊但仍可辨認。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，一個被稱為“顳上回”（superior temporal gyrus）的大腦區(qū)域，負責(zé)處理歌曲中吉他的節(jié)奏。他們還發(fā)現(xiàn)，處理音樂時，來自大腦右半球的信號比來自左半球的信號更強烈，這證實了先前研究的結(jié)果。“語言主要依賴于左腦，而音樂則涉及到大腦的多個區(qū)域，但右腦更占上風(fēng)?！蹦翁亟忉尩?。
設(shè)計出更好的語音轉(zhuǎn)換設(shè)備
在這項研究中，電極是通過手術(shù)植入到患者大腦中的，這使得該項研究無法推廣到其他更一般的情況。不過，在今年早些時候，日本大阪大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家高木優(yōu)與谷歌的科學(xué)家合作，分析了用功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)收集的大腦信號，識別出了志愿者聆聽的音樂類型。也許過不多久，科學(xué)家就可以利用 fMRI 等非入侵性技術(shù)手段，就可以把大腦信號轉(zhuǎn)換成音樂。
研究團隊希望，通過探索大腦對音樂的感知機制，這項工作最終可以有助于設(shè)計出更好的設(shè)備，來幫助那些有語言障礙的人將大腦信號直接轉(zhuǎn)換為語音。
奈特說：“對于那些患有肌萎縮側(cè)索硬化癥（一種神經(jīng)系統(tǒng)疾?。┗蚴дZ癥（一種語言疾?。┑娜藖碚f，他們很難說話，我們想要一種聽起來就像與正常人交流一樣的設(shè)備。了解大腦如何處理語音的音樂元素，包括語氣和情感，可以使這些設(shè)備聽起來不那么像機器人在說話?！?/p>
未來的音樂究竟是誰寫的？
目前，人工智能只能根據(jù)大腦信號來重建人們正在聽到的音樂。但是如果未來我們能夠突破這個限制，并讓人工智能重建人們正在想象的音樂，那么我們甚至可以利用這種技術(shù)來創(chuàng)作音樂。
但是，利用這種技術(shù)來創(chuàng)作音樂，可能會引發(fā)關(guān)于版權(quán)的爭議。其中，音樂作品的創(chuàng)作者究竟是誰，是最難回答的問題。記錄大腦活動的人會是創(chuàng)作者嗎？人工智能本身會是創(chuàng)作者嗎？被記錄大腦活動的人會是創(chuàng)作者嗎？
被記錄大腦活動的人是否被認為是創(chuàng)作者，甚至可能取決于所涉及的大腦區(qū)域。大腦活動是來自聽覺皮層等大腦的非創(chuàng)造性部分，還是來自負責(zé)創(chuàng)造性思維的額葉皮層，這可能會對音樂作品的著作權(quán)產(chǎn)生不同的影響。法律人士可能需要逐案評估這些復(fù)雜的問題。
參考文獻：
https://news.berkeley.edu/2023/08/15/releases-20230811
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002176
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