El cerebro le tararea al algoritmo
Los científicos han aprendido a reconstruir la estructura general de melodías que una persona solo reproduce mentalmente. El estudio se publicó en la revista eNeuro. Un modelo informático no analizaba la altura exacta de cada nota, sino las relaciones entre sonidos consecutivos, es decir, la altura relativa. Gracias a ello pudo determinar, a partir de registros de actividad cerebral, dónde sube y dónde baja la melodía imaginada.
La altura relativa es la distancia entre las notas. Por eso, «Twinkle, Twinkle, Little Star» sigue siendo la misma canción tanto si se toca con una flauta aguda como con una tuba grave: cambia la tonalidad, pero se conserva el patrón de transiciones entre sonidos. Al parecer, el cerebro codifica estas relaciones con más fiabilidad que las frecuencias acústicas absolutas.
El equipo de investigación, dirigido por Jii Kwon y Chun Kee Chung, de la Universidad Nacional de Seúl, realizó un pequeño experimento con 10 pacientes con epilepsia farmacorresistente. Ya se les habían implantado electrodos quirúrgicamente en la superficie cerebral para el seguimiento clínico. Este método se llama electrocorticografía y permite registrar señales más detalladas que los electrodos colocados sobre el cuero cabelludo.
Los participantes escucharon fragmentos breves de canciones infantiles conocidas, entre ellas «Yankee Doodle», interpretados en tres tonalidades. Después escucharon los dos primeros compases e imaginaron en silencio los dos siguientes. A continuación tararearon la continuación en voz alta para que los investigadores pudieran comprobar que habían mantenido la melodía en la cabeza.
Durante la reproducción mental, los científicos analizaron la actividad gamma de alta frecuencia del cerebro: oscilaciones de entre 60 y 150 veces por segundo, asociadas al procesamiento activo de la información. Las señales más útiles procedían de la circunvolución temporal superior de ambos lados del cerebro, que participa en el procesamiento de sonidos. El área precentral izquierda, relacionada con la planificación de movimientos, también aportó información. Es posible que el canto mental incluya un ensayo de los movimientos necesarios para cantar de verdad.
El modelo dividió los registros en intervalos de medio segundo y aprendió a clasificarlos en seis categorías: «Do», «Re», «Mi», «Fa», «Sol» y «La». Con datos nuevos, identificaba correctamente una nota imaginada concreta en aproximadamente el 26 % de los casos. No es mucho, pero la elección al azar habría acertado en torno al 16 %, así que el modelo extraía información musical real del cerebro.
El intento de determinar la altura absoluta del sonido fracasó: el resultado no se diferenciaba del azar. En cambio, la combinación secuencial de predicciones individuales permitió reconstruir el contorno melódico general, es decir, la dirección ascendente o descendente de la canción. Aunque se equivocara en algunas notas, el algoritmo conservaba en conjunto la forma de la melodía.
Aún queda mucho para poder «leer la música de la cabeza» por completo. El estudio fue pequeño, solo utilizó canciones infantiles muy conocidas y requería electrodos implantados quirúrgicamente. Por tanto, no se sabe si se podrían descifrar de la misma manera melodías nuevas o improvisadas. En el futuro, los científicos pretenden probar métodos no invasivos y ampliar los modelos para abarcar más notas y octavas.
El trabajo se titula «Reconstruction of Imagined Melody with Relative Pitch Decoding in Electrocorticography». Sus autores son Jii Kwon, Youmin Shin, June sic Kim, Eunju Jeong, Sung-Phil Kim, Eun Jung Lee y Chun Kee Chung.
PEREC.RU
Jii Kwon y Chun Kee Chung, de la Universidad Nacional de Seúl, realizaron un pequeño estudio sobre la decodificación de melodías imaginadas a partir de la actividad cerebral. Los resultados se publicaron en la revista eNeuro. Los investigadores partieron de la idea de que las personas suelen reconocer una melodía por la altura relativa —la distancia y la dirección de los cambios entre sonidos consecutivos—, no por la frecuencia absoluta de cada nota. Por eso, una canción sigue siendo reconocible cuando se interpreta en distintas tonalidades y con instrumentos diferentes.
En el experimento participaron 10 pacientes con epilepsia farmacorresistente. Ya tenían electrodos implantados quirúrgicamente en la superficie cerebral para su seguimiento médico. La electrocorticografía permite registrar actividad eléctrica de alta frecuencia directamente de la corteza y obtener datos más detallados que con electrodos externos colocados sobre el cuero cabelludo.
Los pacientes escucharon fragmentos breves de canciones infantiles conocidas, entre ellas «Yankee Doodle», interpretados en tres tonalidades. Escuchaban los dos primeros compases, imaginaban en silencio los dos siguientes y, al terminar ese periodo, tarareaban la melodía en voz alta. Durante la reproducción mental, los investigadores analizaron la actividad de alta gamma, con una frecuencia de entre 60 y 150 oscilaciones por segundo. Las señales más útiles procedían de la circunvolución temporal superior de ambos hemisferios, que participa en el procesamiento de sonidos, y del área precentral izquierda, relacionada con la planificación de movimientos.
El modelo de aprendizaje automático se entrenó para reconocer seis categorías de altura relativa, correspondientes a las sílabas de solfeo «Do», «Re», «Mi», «Fa», «Sol» y «La». Los registros se dividieron en intervalos de medio segundo. Con datos nuevos, el modelo identificaba correctamente una nota imaginada concreta en aproximadamente el 26 % de los casos, por encima del resultado aleatorio, que rondaría el 16 %. Cuando intentaba determinar la frecuencia acústica absoluta de las notas, su resultado no se diferenciaba del azar y no mostró un acierto estadísticamente significativo.
El principal resultado apareció al analizar la secuencia. Al combinar las predicciones de notas individuales a lo largo del tiempo, los investigadores lograron reconstruir el contorno melódico general, con sus ascensos y descensos. Aunque se equivocaba en notas concretas, la forma global de la canción imaginada solía coincidir con la original.
El trabajo aún no significa que los pensamientos puedan reproducirse como una grabación de audio exacta. El estudio se basó en un pequeño grupo de pacientes, utilizó únicamente canciones infantiles conocidas y requirió electrodos invasivos. No está claro si las melodías nuevas o compuestas por los propios participantes podrían decodificarse con la misma fiabilidad. En el futuro, los científicos planean investigar métodos no invasivos para registrar la actividad cerebral y ampliar los modelos para incluir más notas y octavas.
