计算机算法揭示了在嘈杂环境中大脑如何处理和感知声音

每天，人类的大脑都会遇到刺耳的声音，通常都同时竞争着它的注意力。在自助餐厅，购物中心，街道，操场甚至在家里，到处都是噪音。人们说话。音乐剧。婴儿哭了。汽车在打开窗户和打开收音机的情况下开车经过。消防车警报器尖叫。狗吠。割草机咆哮。列表是无止境的。

随着所有这些的进行，大脑如何分辨出重要的东西以及需要听到的东西?

“我们想了解当背景声音很多时，在嘈杂的环境中大脑是如何处理和感知声音的，”约翰·霍普金斯大学语言与语音处理中心的电气和计算机工程助理教授埃希拉利说。“最终目标是学习大脑如何适应不同的声学环境。”

Elhilali在神经科学与工程学的接口上工作，希望利用从基础研究中学到的知识来设计更好的产品，以增强交流。

Elhilali说，当大脑暴露于各种各样的声音中时，大脑中会发生两个过程，即“自下而上”和“自上而下”。她说，在房间中听到许多不同的声音是“自下而上”的，也就是说，“由周围的声音所驱动”，而将诸如对话之类的特定声音归零是“自上而下”的，她说：“是由您的心态控制的。我们正在努力理解这两个过程之间的相互作用。”

她和她的研究同事将利用这些信息，构建关于大脑如何在复杂环境中感知声音的数学模型(计算机算法)，“并制造出更好的机器(计算机)，使其能够像人脑一样听到”，她说。“我们正在尝试建立一个可以在诸如人脑这样的嘈杂环境中处理声音的计算机大脑，以便您可以与计算机对话，并且它可以理解您在说什么。”

最终，这项研究有潜力使众多工程和通信应用受益，例如手机，工业界，战场上的蜂窝电话，设计新型更好的助听器以及改善许多消费者当前都讨厌的电话自动化系统。和令人沮丧。

她说：“从我们的工作中获得的知识应该能够针对那些机器人系统。” “它们现在不起作用的原因是，它们没有被设计为处理复杂和未知的环境。他们被设计为在受控实验室中工作，因此系统崩溃了。”

该研究最终旨在改善人与人之间或人与机器之间的通信。她说：“我们希望从生物学中学习，以设计更好的系统。” “听力系统和语音技术的性能可以从对大脑如何处理和感知声音的更深入的了解和知识中受益匪浅。”

Elhilali的研究是根据美国国家科学基金会(NSF)的教师早期职业发展(CAREER)奖进行的，该奖于2009年作为NSF的《美国复苏与再投资法案》的一部分获得。该奖项支持初级教师，这些教师通过出色的研究，出色的教育以及在其组织使命范围内的教育与研究的融合来体现教师学者的作用。NSF将在五年内为她的作品提供约55万美元的资金。

通常，“实验室声音是我们在日常生活中听到的声音的简化版本，” Elhilali说。为了更好地了解我们周围复杂的声音环境，我们需要在各种条件下测试听众。我们将人们带到录音棚，并向他们播放模拟不同聆听环境的各种声音。我们要求他们注意不同的声音元素，并报告他们听到的声音，或者只是告诉我们他们是否听到了不寻常的声音。”

她说，例如，当听一群男性之间的对话时，女性声音或旋律的引入将引起人们的注意，并且听众通常将其表示为预期的事件。她说：“我们希望更多地了解听众的不同期望如何偏向他们听声音的方式以及如何解释他们周围的世界。”

最终，研究人员打算使用脑电图(EEG)直接测量大脑活动，该设备可以检测头皮上的电活动，“并告诉我们大脑如何处理声音，”她说。“大脑的不同部分通过发送电信号进行通信，我们希望看到当我们将听觉环境从受控状态转变为复杂状态时，大脑活动模式如何变化。”

通过该赠款的教育部分，埃希拉利(Elhilali)正在开发一种跨学科课程，旨在鼓励大学生学习科学和工程学，并认识到这两个领域相辅相成。她说：“我希望学生意识到他们可以将其科学知识转化为实际的工程经验。”

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