Штучний інтелект діагностує хворобу Паркінсона за голосом

Комп'ютерні науковці розробили інноваційний інструмент скринінгу на основі штучного інтелекту, який може допомогти людям оцінити, чи проявляють вони ознаки хвороби Паркінсона. Хвороба Паркінсона є найшвидше зростаючим неврологічним захворюванням у світі, що робить розробку доступних методів раннього виявлення критично важливою.

Дослідження, опубліковане в журналі npj Parkinson's Disease, представляє веб-інструмент скринінгу, який просить користувачів прочитати вголос дві панграми — короткі речення, що містять усі 26 літер алфавіту. Протягом кількох секунд штучний інтелект аналізує голосові записи на предмет тонких закономірностей, пов'язаних з хворобою Паркінсона, з точністю майже 86 відсотків.

Зазвичай хворобу Паркінсона діагностують спеціалісти з рухових розладів — неврологи зі спеціальною підготовкою для оцінки складних рухових симптомів — використовуючи комбінацію сімейного анамнезу, неврологічних обстежень та візуалізації мозку. Хоча автори дослідження підкреслюють, що їхній інструмент на основі штучного інтелекту не є заміною клінічної діагностики, вони розглядають його як швидкий, доступний спосіб виявлення людей, особливо у віддалених районах, які можуть жити з цим захворюванням, та заохочення їх звернутися за більш ретельною клінічною оцінкою.

«Існують величезні території США та по всьому світу, де доступ до спеціалізованої неврологічної допомоги обмежений», — каже Ехсан Хок, професор кафедри комп'ютерних наук Рочестерського університету та співдиректор лабораторії взаємодії людини з комп'ютером Рочестера. «За згодою користувачів, широко використовувані голосові інтерфейси, такі як Amazon Alexa або Google Home, потенційно могли б допомогти людям визначити, чи потрібно їм звертатися за подальшою допомогою».

Для навчання та валідації інструменту дослідники зібрали дані від понад 1300 учасників — як з хворобою Паркінсона, так і без неї — у різноманітних середовищах, включаючи домашні умови, клінічні візити в Медичному центрі Рочестерського університету та центр догляду за хворобою Паркінсона InMotion в Огайо.

Використовуючи мікрофон комп'ютера, користувачі просто читають вголос два речення: «Швидка коричнева лисиця стрибає через ледачого пса. Пес прокидається і йде за лисицею в ліс, але знову швидка коричнева лисиця стрибає через ледачого пса». Використовуючи потужність передових напівконтрольованих мовленнєвих моделей, навчених на мільйонах цифрових аудіозаписів для розуміння характеристик мовлення, інструмент може виявити достатньо голосових сигналів з цих двох коротких речень, щоб позначити попереджувальні знаки.

«Ці великі аудіомоделі навчені розуміти, як працює мовлення; наприклад, спосіб, яким людина з хворобою Паркінсона вимовляє звуки, робить паузи, дихає та мимоволі додає ознаки незрозумілості, відрізняється від людини без хвороби Паркінсона», — каже Абдельрахман Абделькадер, студент магістратури з комп'ютерних наук у лабораторії Хока та один з двох провідних авторів дослідження. «Якщо людина говорить панграму, яка містить повний спектр алфавітної варіативності і згасає в певних точках, модель може визначити, чи це відрізняється від типового представлення, і позначити це».

Інструмент показав точність 85,7 відсотка під час тестування, надаючи сильний показник того, чи може хтось мати хворобу Паркінсона. Але це багатогранне захворювання, і хоча деякі люди демонструють симптоми через мовлення, вони також можуть проявляти ознаки через рухові завдання або вираз обличчя. Протягом останнього десятиліття лабораторія Хока розробляла розумні алгоритми для поєднання кількох показників і досягла найсучасніших результатів.

«Дослідження показують, що майже 89 відсотків людей з хворобою Паркінсона мають деформацію голосу, яка може вказувати на захворювання, що робить мовлення сильною відправною точкою для цифрового скринінгу», — каже Тарік Аднан, аспірант з комп'ютерних наук, пов'язаний з лабораторією Хока, та інший провідний автор дослідження. «Поєднуючи цей метод з оцінками інших симптомів, ми прагнемо охопити більшість людей через наш доступний процес скринінгу».

Інтерактивна демонстрація трьох скринінгових тестів лабораторії, включаючи мовленнєвий тест, описаний у статті, доступна онлайн. Це дозволяє користувачам самостійно спробувати технологію та оцінити її потенціал для раннього виявлення захворювання.

Фінансування дослідження надійшло від Національного інституту неврологічних розладів та інсульту Національних інститутів охорони здоров'я, фонду Гордона та Бетті Мур, нагороди Google Faculty Research Award та стипендії Google PhD Fellowship. Ця підтримка дозволила дослідникам провести масштабне дослідження та розробити інструмент, який може мати значний вплив на раннє виявлення хвороби Паркінсона.

Розробка цього інструменту представляє важливий крок у напрямку демократизації медичної діагностики, особливо для людей у віддалених районах або тих, хто має обмежений доступ до спеціалізованої медичної допомоги. Хоча інструмент не замінює професійну медичну консультацію, він може служити цінним першим кроком у процесі виявлення та діагностики хвороби Паркінсона.