Anzeichen von COVID-19 kann ausgeblendet werden in Sprachsignale
Oft ist es einfach zu sagen, wenn Kollegen kämpfen mit einer Erkältung klingen Sie krank. Vielleicht ist Ihre Stimme tiefer oder haben einen näselnden Ton. Infektionen ändern, die Qualität unserer Stimmen in verschiedener Weise. Aber MIT Lincoln Laboratory-Forscher erkennen diese Veränderungen in COVID-19-Patienten, auch wenn diese änderungen sind zu subtil für die Menschen zu hören, oder sogar bemerken, in sich selbst.
Durch die Verarbeitung von Sprachaufnahmen von infizierten Menschen mit COVID-19 aber noch nicht zeigen Symptome, die Forscher fanden Hinweise vocal-Biomarkern oder messbare Indikatoren der Krankheit. Diese Biomarker stammen von Störungen, die Infektion verursacht in der Bewegung der Muskeln über die Atemwege, Kehlkopf-und artikulatorischen systems. Technik-Brief beschreiben, diese Forschung wurde vor kurzem veröffentlicht in IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology.
Während dieser Forschung ist noch in den Kinderschuhen, die ersten Ergebnisse legen einen Rahmen für die Untersuchung dieser vocal änderungen im detail. Diese Arbeit kann auch halten Versprechen für die Verwendung von mobilen apps-Bildschirm Menschen für die Krankheit, vor allem diejenigen, die sind asymptomatisch.
Talking heads
„Ich hatte dieses ‚aha‘ – moment, während ich gerade die Nachrichten“, sagt Thomas Quatieri, ein leitender Mitarbeiter im Labor die Menschliche Gesundheit und Performance Systems Group. Quatieri leitet die Gruppe Forschung in der vocal-Biomarker in den letzten zehn Jahren; Ihr Fokus wurde auf die Entdeckung vocal Biomarker neurologischer Erkrankungen, wie der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) und der Parkinson-Krankheit. Diese Krankheiten, und viele andere, ändern Sie die Fähigkeit des Gehirns, sich zu drehen Gedanken in Worte zu fassen, und diese änderungen können detektiert werden, indem die Verarbeitung Sprachsignale.
Er und sein team gefragt, ob vocal-Biomarker möglicherweise gibt es auch für COVID-19. Die Symptome führte dazu, dass Sie so denken. Wenn sich Symptome manifestieren, eine person hat in der Regel Schwierigkeiten beim atmen. Entzündungen der Atemwege wirkt sich auf die Intensität, mit der die Luft ausgeatmet wird, wenn eine person spricht. Diese Luft interagiert mit Hunderten von anderen potentiell entzündeten Muskeln auf seiner Reise um die Sprachproduktion. Diese Interaktionen Auswirkungen auf die Lautstärke, die Tonhöhe, der Stetigkeit, und die Resonanz der Stimme—messbare Qualitäten, die die Grundlage Ihrer Biomarker.
Während gerade die Nachrichten, Quatieri klar, es waren Abtastwerte vor ihm von den Menschen, die positiv getestet für COVID-19. Er und seine Kollegen gekämmt YouTube-clips, von prominenten oder TV-Gastgeber, hatte interviews gegeben, während Sie COVID-19 positiv, aber symptomlos. Sie identifizierten fünf Fächern. Dann, Sie haben interviews von Personen aus, bevor Sie hatte COVID-19, passende audio-Bedingungen so gut Sie konnten.
Sie dann verwendet algorithmen zum extrahieren von features aus dem vocal-Signale in jedem audio-sample. „Diese stimmlichen Eigenschaften dienen als Proxys für die zugrunde liegenden Bewegungen der Sprachproduktion-Systeme“, sagt Tanja Talkar, ein Ph. D.-Kandidat in der Speech and Hearing Bioscience and Technology program an der Harvard University.
Das signal der amplitude oder Lautstärke, extrahiert wurde als proxy für die Bewegung in die Atemwege. Für die Untersuchung der Bewegungen im Kehlkopf, Sie gemessen Tonhöhe und der Stetigkeit von pitch, zwei Indikatoren, wie stabil die Stimmbänder sind. Als proxy für die Artikulator-Bewegungen—wie die von der Zunge -, Lippen -, Kiefer -, und mehr—Sie extrahiert Rede Formanten. Rede Formanten sind Frequenz-Messungen entsprechen, wie sich der Mund Formen, Schallwellen zu erzeugen, eine Sequenz von Phonemen (vokalen und Konsonanten) und dazu beizutragen, dass eine bestimmte vocal-Qualität (näselnden versus warm, zum Beispiel).
Sie stellten die Hypothese auf, dass COVID-19-Entzündung bewirkt, dass die Muskeln über diese Systeme, werden übermäßig gekoppelt, was sich in einer weniger komplexen Bewegung. „Bild diese Rede Subsysteme, als ob Sie das Handgelenk und die Finger der geübten Klavierspieler; normalerweise werden die Bewegungen sind unabhängig und sehr Komplex“, Quatieri sagt. Jetzt Bild, wenn die Handgelenk-und finger-Bewegungen zu kleben zusammen und bewegen sich als eins. Diese Kopplung würde die Kraft der pianist zu spielen eine viel einfachere Melodie.
Die Wissenschaftler suchten nach beweisen-Kopplung in Ihren Funktionen, Messung, wie jede Funktion verändert in relation zu anderen in 10 MS-Schritten, wie das Thema Sprach. Diese Werte wurden dann aufgetragen auf einen eigenspectrum; die Form dieser eigenspectrum plot zeigt die Komplexität der Signale. „Wenn die eigenspace der Werte bildet eine Sphäre, die Signale sind Komplex. Wenn es weniger Aufwand, es sieht vielleicht eher wie eine flache, Ovale,“ Talkar sagt.
Am Ende fanden Sie eine verringerte Komplexität der Bewegung in der COVID-19 interviews im Vergleich zu den pre-COVID-19 interviews. „Die Kupplung war an weniger prominenter Stelle zwischen Kehlkopf und Artikulator Bewegung, aber wir sehen eine Reduktion in der Komplexität zwischen Atmung und Kehlkopf-Bewegung,“ Talkar sagt.
Frühe Entdeckungen
Diese vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Biomarker abgeleitet von vocal system Koordination kann auf das Vorhandensein von COVID-19. Aber die Forscher beachten Sie, dass es ist noch zu früh, um Schlussfolgerungen zu ziehen, und mehr Daten sind erforderlich, um zu überprüfen, Ihre Ergebnisse. Sie arbeiten jetzt mit einem öffentlich-dataset von der Carnegie Mellon University, enthält audio-samples von Personen, die positiv getestet wurden für COVID-19.
Über das sammeln von mehr Daten, um Kraftstoff dieser Forschung, das team ist auf der Suche mit mobilen apps, um es zu implementieren. Eine Partnerschaft ist im Gange mit Satra Ghosh an der MIT McGovern Institut für Hirnforschung zu integrieren vocal-screening für COVID-19 in seine VoiceUp app, die ursprünglich entwickelt zur Untersuchung der Verbindung zwischen Stimme und depression. Ein Aufwand hinzufügen könnte, ist dieses vocal-screening in der, Wie Wir uns Fühlen-app. Diese app bittet die Nutzer Fragen zu Ihren täglichen Gesundheitszustand und Demographie, mit dem Ziel, diese Daten verwenden, um hotspots lokalisieren und vorherzusagen, den Anteil der Menschen, die die Krankheit in verschiedenen Regionen des Landes. Fragen, die Benutzer zu übermitteln täglich ein voice-memo auf dem Bildschirm für Biomarker der COVID-19 möglicherweise helfen könnte Wissenschaftler fangen an, zu einem Ausbruch.
„A-sensing-system, integriert in eine mobile-app könnte pick-up-Infektionen frühzeitig, bevor die Menschen sich krank fühlen oder, vor allem, für diese Teilmengen von Menschen, die nicht immer krank fühlen oder Symptome zeigen“, sagt Jeffrey Palmer, Leiter der Forschungsgruppe. „Das ist auch etwas, das die US-Armee ist daran interessiert, als Teil eines ganzheitlichen COVID-19-monitoring-system.“ Auch nach einer Diagnose-sensing-Fähigkeit könnte helfen, die ärzte aus der Ferne überwachen Sie den Fortschritt des Patienten zu überwachen oder die Effekte, die eine Impfung oder eine medikamentöse Behandlung.
Als das team weiter Ihrer Forschung wollen Sie mehr tun, um die potenziellen confounder, die verursachen könnte, Ungenauigkeiten in Ihren Ergebnissen, wie etwa verschiedene Aufnahme-Umgebungen, die den emotionalen status der Probanden, oder andere Krankheiten verursacht vocal-Veränderungen. Sie sind auch Unterstützung ähnlich Forschung. Das Mass General Brigham Zentrum für COVID Innovation verbunden wurde Sie an internationale Wissenschaftler, die nach der team-Rahmen zu analysieren Husten.