Investigadores de la Universidad de California en San Francisco y de la Universidad de Berkeley, en Estados Unidos, han desarrollado una interfaz cerebro-ordenador (BCI, por sus siglas en inglés) que, con inteligencia artificial, ha permitido hablar a través de un avatar digital a una mujer con parálisis grave provocada por un derrame cerebral.
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Es la primera vez que se sintetizan el habla y las expresiones faciales a partir de señales cerebrales, aseguran los investigadores en la revista "Nature". La inteligencia artificial también puede decodificar estas señales en texto a casi 80 palabras por minuto, lo que supone una gran mejora respecto a la tecnología disponible en el mercado.
El doctor Edward Chang, catedrático de cirugía neurológica de la UCSF, que lleva más de una década trabajando en esta tecnología, conocida como interfaz cerebro-ordenador (BCI), espera que este último avance de la investigación de inteligencia artificial conduzca en un futuro próximo a un sistema aprobado por la FDA que permita hablar a partir de señales cerebrales.
"Nuestro objetivo es restablecer una forma de comunicación plena y corporal, que es realmente la forma más natural de hablar con los demás —afirma Chang, miembro del Instituto Weill de Neurociencia de la UCSF y Catedrático Distinguido de Psiquiatría Jeanne Robertson—. Estos avances nos acercan mucho más a convertirlo en una solución real para los pacientes".
El equipo de Chang demostró anteriormente que era posible descodificar las señales cerebrales en texto en un hombre que también había sufrido un ictus en el tronco encefálico muchos años antes. El estudio actual demuestra algo más ambicioso: descodificar las señales cerebrales en la riqueza del habla, junto con los movimientos que animan el rostro de una persona durante la conversación. Y hacerlo usando inteligencia artificial.
Inteligencia artificial devuelve voz a mujer: ¿cómo fue el procedimiento?
Chang implantó un rectángulo fino como el papel de 253 electrodos en la superficie del cerebro de la mujer, en zonas que su equipo ha descubierto que son fundamentales para el habla.
Los electrodos interceptaron las señales cerebrales que, de no haber sido por el ictus, habrían ido a parar a los músculos de la lengua, la mandíbula y la laringe, así como a la cara. Un cable, conectado a un puerto fijado a su cabeza, conectaba los electrodos a un banco de ordenadores, ahí comienza el trabajo del software de inteligencia artificial.
Durante semanas, la participante trabajó con el equipo para entrenar los algoritmos de inteligencia artificial del sistema a reconocer sus señales cerebrales únicas para el habla. Para ello, repitió una y otra vez distintas frases de un vocabulario conversacional de 1.024 palabras, hasta que el ordenador reconoció los patrones de actividad cerebral asociados a los sonidos.
En lugar de entrenar a la Inteligencia Artificial para que reconociera palabras enteras, los investigadores crearon un sistema que descodifica palabras a partir de fonemas. Estos son las subunidades del habla que forman palabras habladas del mismo modo que las letras forman palabras escritas. "Hola", por ejemplo, contiene cuatro fonemas: "HH", "AH", "L" y "OW".
Con este método, el ordenador sólo necesitaba aprender 39 fonemas para descifrar cualquier palabra en inglés. Esto mejoró la precisión del sistema y lo hizo tres veces más rápido.
"La precisión, la velocidad y el vocabulario son cruciales —asegura Sean Metzger, que desarrolló el descodificador de texto junto con Alex Silva, ambos estudiantes de posgrado del Programa Conjunto de Bioingeniería de la UC Berkeley y la UCSF—. Es lo que da a un usuario la posibilidad, con el tiempo, de comunicarse casi tan rápido como nosotros y mantener conversaciones mucho más naturalistas y normales".
Inteligencia Artificial: ¿cómo crearon la voz de la mujer?
Para crear la voz, el equipo ideó un algoritmo para sintetizar el habla, que personalizaron para que sonara como la voz de Ann antes de la lesión, utilizando una grabación de Ann hablando en su boda.
El equipo animó el avatar con la ayuda de un software que simula y anima los movimientos musculares de la cara, desarrollado por Speech Graphics, una empresa que realiza animaciones faciales basadas en Inteligencia Artificial.
Los investigadores crearon procesos personalizados de aprendizaje automático que permitieron al software de la empresa engranar las señales que enviaba el cerebro de la mujer mientras intentaba hablar y convertirlas en los movimientos de la cara del avatar, haciendo que la mandíbula se abriera y cerrara, los labios sobresalieran y se fruncieran y la lengua subiera y bajara, así como los movimientos faciales de felicidad, tristeza y sorpresa.
Un próximo paso importante para el equipo es crear una versión inalámbrica que no requiera que el usuario esté físicamente conectado a la BCI.