جهاز جديد للمساعدة السمعية يعتمد على الموجات الدماغية

يفصل الكلام ويرفع صوته ويحجب الضجيج في الخلفية

يتمتّع الدماغ البشري بمهارة خاصة في اختيار الأصوات في محيط صاخب كمقهى يعجّ بالزبائن أو شارع مزدحم في المدينة، وهو أمر لا تستطيع أكثر أدوات المساعدة السمعية تطوّراً القيام به. ولكنّ فريقا من الباحثين أعلن أخيراً عن تقنية تجريبية تحاكي القدرات الدماغية الطبيعية في رصد وتضخيم صوت أي شخص حتى لو كان موجوداً في مجموعة.
أداة سمعية
مدعومة بالذكاء الصناعي، تعمل هذه الأداة السمعية التي يتحكّم بها الدماغ كمصفاة أوتوماتيكية عبر مراقبة موجات مرتديها الدماغية وتعزيز الصوت الذي يريد التركيز عليه.
لا تزال هذه الأداة في أولى مراحل تطويرها ولكنّها تشكّل خطوة كبيرة باتجاه تطوير أدوات مساعدة سمعية ستمكّن مرتديها من التواصل مع الناس من حوله بوضوح وفعالية. وأورد الباحثون تطوّرهم العلمي هذا في أحدث إصدارات دورية «ساينس أدفانسز».
وفي حديثها عن الأداة الجديدة، قالت نيما ميسجاراني، باحثة رئيسية في معهد «مورتيمر بي. زوكرمان مايند برين بيهيفور» التابع لجامعة كولومبيا، والباحثة الرئيسية في الدراسة: «تتميّز المنطقة المسؤولة عن معالجة الصوت في الدماغ بحساسية وقوة هائلتين، حيث إنها قادرة على تضخيم صوت شخص معيّن دون غيره، بشكل واضح وقوي، في الوقت الذي لا تزال فيه أدوات المساعدة السمعية ضعيفة. بتطوير جهاز يسخّر قوة الدماغ نفسها، نأمل أنّ عملنا سيؤدي إلى تحسّنات تقنية تتيح التواصل الطبيعي لمئات ملايين البشر الذين يعانون اضطرابات في السمع حول العالم».
تقدّم أدوات المساعدة السمعية الحديثة أداء ممتازاً في رفع صوت الكلام بينما تحجب بعض أنواع الضجيج في الخلفية كزحمة السير مثلاً. ولكنّها في المقابل تواجه صعوبات كبيرة في رفع صوت شخص دون الآخرين، وهذا ما يسمّيه العلماء «مشكلة حفلة الكوكتيل» تشبّهاً بتنافر نغمات الأصوات التي تمتزج مع بعضها خلال الحفلات الصاخبة.
ولفتت ميسجاراني التي تعمل أيضاً كأستاذة مساعدة في الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة في جامعة كولومبيا، إلى أنّه «في الأماكن المزدحمة كالحفلات، تميل أدوات المساعدة السمعية إلى رفع جميع الأصوات الموجودة في وقت واحد. ولذا تعرقل هذه الأدوات وبشدّة قدرة مرتديها على إنشاء محادثة فعالة عبر عزلهم عن الأشخاص المحيطين بهم بشكل رئيسي». ولكنّ أداة المساعدة السمعية التي طوّرها فريق جامعة كولومبيا مختلفة، إذ إنها تعمل على مراقبة موجات مرتديها الدماغية بدل الاكتفاء بالاعتماد على مضخمات الصوت الخارجية كالميكروفونات.
وأضافت الباحثة الرئيسية في الدراسة «في السابق، اكتشف الباحثون أنّه عندما يتكلّم الناس مع بعضهم البعض، تبدأ موجات المتكلّم الدماغية بالتشابه مع موجات المستمع الدماغية».
برامج «فصل الكلام»
بناء على هذا الاكتشاف، جمع الفريق خوارزميات «فصل الكلام» القوية مع شبكات عصبية ونماذج رياضية مركّبة تحاكي قدرات الدماغ الحاسوبية الطبيعية. وصمم الباحثون نظاماً يعمل أوّلاً على فصل أصوات المتحدّثين الأفراد عن المجموعة، ثمّ يقارن أصوات كلّ متحدّث مع موجات دماغ المستمع، لينتهي أخيراً بتضخيم صوت المتحدّث الذي يشابه نمط صوته موجات المستمع الدماغية حصرا مقارنة بالآخرين.
وكان الباحثون قد نشروا نسخة أولية من هذا النظام عام 2017، وعلى الرغم من أنّها اعتبرت واعدة، كانت تعاني من عائق يتمثّل بضرورة تدريبها مسبقاً للتعرف إلى متحدّث محدّد.
وبحسب ميسجاراني، فإنّ «النتيجة النهائية التي توصلوا إليها هي عبارة عن خوارزمية لفصل الأصوات تقدّم أداء الإصدارات السابقة من هذا النظام، ولكن مع تحسّن ملحوظ عبر التعرّف إلى أي صوت وفكّ شيفرته فوراً».
لاختبار فاعلية الخوارزمية، تعاون الفريق البحثي مع آشيش دينش ميهتا، المتخصص بالجراحة العصبية في معهد «نورثويل الصحي لطب وجراحة الأعصاب» والباحث المشارك في هذه الدراسة، والذي يعالج مرضى الصرع، الذين يضطر بعضهم للخضوع إلى جراحات دورية.
وكشفت ميسجاراني أنّ «هؤلاء المرضى (مرضى الصرع) تطوّعوا للاستماع إلى متحدثين مختلفين بينما يراقب الباحثون موجاتهم الدماغية بواسطة أقطاب كهربائية مزروعة في دماغهم. بعدها، طبّق الباحثون خوارزميتهم التي طوّروها حديثاً على البيانات التي جمعوها». وخرج الباحثون بعد هذا الاختبار بنتائج مشجعة دفعتهم إلى بدء البحث عن كيفية تحويل هذا النموذج التجريبي إلى جهاز غير تدخّلي يمكن وضعه خارج الدماغ، على فروة الرأس أو حول الأذن، وهم يأملون بتحسين الخوارزميات وتطويرها أكثر لضمان فاعليتها في مختلف أنواع البيئات.
وأخيراً، قالت ميسجاراني إنّه «وحتى اليوم، اختبرنا البيئات الداخلية فحسب، ولكننا نريد أن نضمن أنّها على القدر نفسه من الفاعلية في شارع مزدحم أو مطعم ضاجّ، حتى يتمكّن مرتديها من التفاعل مع العالم والأشخاص المحيطين به بشكل كامل».
وصدرت هذه الدراسة تحت عنوان «فك تشفير الانتباه السمعي المستقل عن المتحدث دون الوصول إلى مصادر الكلام الصافية».