Talento

Josh McDermott busca replicar o sistema auditivo humano
Os modelos de computador que imitam as habilidades auditivas extraordinárias dos humanos podem melhorar os tratamentos para a perda auditiva.
Por Anne Trafton - 04/05/2021


O neurocientista do MIT Josh McDermott espera desenvolver modelos computacionais que possam realizar tarefas auditivas sofisticadas, bem como o cérebro - Créditos: Imagem: M. Scott Brauer

O sistema auditivo humano é uma maravilha da biologia. Ele pode acompanhar uma conversa em um restaurante barulhento, aprender a reconhecer palavras de idiomas que nunca ouvimos antes e identificar um colega conhecido por seus passos ao passar por nosso escritório.

Até agora, mesmo os modelos computacionais mais sofisticados não podem realizar tais tarefas tão bem quanto o sistema auditivo humano, mas o neurocientista do MIT Josh McDermott espera mudar isso. Alcançar essa meta seria um passo importante para o desenvolvimento de novas maneiras de ajudar as pessoas com perda auditiva, diz McDermott, que recentemente conquistou o cargo no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.

“Nosso objetivo de longo prazo é construir bons modelos preditivos do sistema auditivo”, diz McDermott. “Se tivéssemos sucesso nesse objetivo, isso realmente transformaria nossa capacidade de fazer as pessoas ouvirem melhor, porque poderíamos projetar um programa de computador para descobrir o que fazer com o som recebido para tornar mais fácil reconhecer o que alguém disse ou onde um o som está vindo. ”

O laboratório de McDermott também explora como a exposição a diferentes tipos de música afeta as preferências musicais das pessoas e até mesmo como elas percebem a música. Esses estudos podem ajudar a revelar elementos de percepção sonora que estão “programados” em nossos cérebros e outros elementos que são influenciados pela exposição a diferentes tipos de sons.

“Descobrimos que há variação transcultural em coisas que as pessoas supunham amplamente serem universais e possivelmente até inatas”, diz McDermott.

Percepção de som

Como estudante de graduação na Universidade de Harvard, McDermott planejou originalmente estudar matemática e física, mas “fui seduzido muito rapidamente pelo cérebro”, diz ele. Na época, Harvard não oferecia especialização em neurociência, então McDermott criou a sua própria, com foco na visão.

Depois de obter um mestrado na University College London, ele veio para o MIT para fazer um PhD em cérebro e ciências cognitivas. Seu foco ainda estava na visão, que ele estudou com Ted Adelson, o professor de Ciências da Visão John e Dorothy Wilson, mas ele se viu cada vez mais interessado em uma audição. Ele sempre amou música e, nessa época, começou a trabalhar como DJ de rádio e club. “Eu passava muito tempo pensando sobre o som e por que as coisas soam daquela maneira”, lembra ele.

Para perseguir seu novo interesse, ele atuou como pós-doutorado na Universidade de Minnesota, onde trabalhou em um laboratório dedicado à psicoacústica - o estudo de como os humanos percebem o som. Lá, ele estudou fenômenos auditivos como o “efeito coquetel” ou a capacidade de se concentrar na voz de uma pessoa em particular enquanto se desconecta do ruído de fundo. Durante outro pós-doutorado na New York University, ele começou a trabalhar em modelos computacionais do sistema auditivo. Esse interesse em computação é parte do que o trouxe de volta ao MIT como membro do corpo docente, em 2013.

“A cultura aqui em torno do cérebro e da ciência cognitiva realmente prioriza e valoriza a computação, e essa era uma perspectiva importante para mim”, diz McDermott, que também é membro do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro do MIT e do Centro de Cérebros, Mentes e Máquinas. “Eu sabia que esse era o tipo de trabalho que eu realmente queria fazer no meu laboratório, então parecia um ambiente natural para fazer esse trabalho.”

Um aspecto da audição em que o laboratório de McDermott se concentra é a “análise de cena auditiva”, que inclui tarefas como inferir quais eventos no ambiente causaram um determinado som e determinar de onde um determinado som veio. Isso requer a habilidade de separar sons produzidos por diferentes eventos ou objetos, e a habilidade de provocar os efeitos do ambiente. Por exemplo, uma bola de basquete quicando no chão de madeira de uma academia faz um som diferente do que uma bola de basquete quicando em uma quadra pavimentada ao ar livre.

“Os sons do mundo têm propriedades muito particulares, devido à física e à maneira como o mundo funciona”, diz McDermott. “Acreditamos que o cérebro internaliza essas regularidades, e você tem modelos na sua cabeça da maneira como o som é gerado. Quando você ouve algo, está realizando uma inferência nesse modelo para descobrir o que provavelmente aconteceu que causou o som. ”

Uma melhor compreensão de como o cérebro faz isso pode levar a novas estratégias para melhorar a audição humana, diz McDermott.

“A deficiência auditiva é o distúrbio sensorial mais comum. Afeta quase todas as pessoas à medida que envelhecem e os tratamentos são bons, mas não são bons ”, diz ele. “No final, todos teremos aparelhos auditivos personalizados com os quais caminhamos e só precisamos desenvolver os algoritmos certos para dizer a eles o que fazer. Isso é algo em que estamos trabalhando ativamente. ”

Música no cérebro

Cerca de 10 anos atrás, quando McDermott era um pós-doutorado, ele começou a trabalhar em estudos transculturais de como o cérebro humano percebe a música. Richard Godoy, um antropólogo da Brandeis University, pediu a McDermott para se juntar a ele em alguns estudos sobre o povo Tsimane, que vive na floresta amazônica. Desde então, McDermott e alguns de seus alunos vão para a Bolívia na maioria dos verões para estudar a percepção do som entre os Tsimane '. Os Tsimane 'tiveram muito pouca exposição à música ocidental, tornando-os sujeitos ideais para estudar como ouvir certos tipos de música influencia a percepção do som humano.

Esses estudos revelaram diferenças e semelhanças entre os ocidentais e o povo Tsimane. McDermott, que considera soul, disco e jazz-funk entre seus tipos de música favoritos, descobriu que os ocidentais e os Tsimane ' diferem em suas percepções de dissonância . Para ouvidos ocidentais, por exemplo, o acorde de C e F # soa muito desagradável, mas não para o Tsimane '.

Ele também mostrou que as pessoas na sociedade ocidental percebem sons separados por uma oitava como semelhantes, mas os Tsimane 'não . No entanto, também existem algumas semelhanças entre os dois grupos. Por exemplo, o limite superior de frequências que podem ser percebidas parece ser o mesmo, independentemente da exposição da música.

“Estamos descobrindo variações notáveis ​​em alguns traços de percepção que muitas pessoas presumiram serem comuns em todas as culturas e ouvintes, e semelhanças notáveis ​​em outros”, diz McDermott. “As semelhanças e diferenças entre as culturas dissociam aspectos da percepção que estão intimamente ligados nos ocidentais, ajudando-nos a dividir os sistemas perceptivos em seus componentes subjacentes.”

 

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