Коронавирус можно диагностировать по голосу, сообщают американские ученые. Они разработали алгоритм, способный анализировать изменения в речи и по ним определять болезнь. Исследователи надеются, что такой поход позволит вовремя выявлять бессимптомные случаи заболевания.
Американские специалисты из MIT Lincoln Laboratory разработали алгоритм, способный определить коронавирус по изменениям в голосе. Исследование было опубликовано в журнале IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology.
Ранее команда работала над поиском голосовых биомаркеров неврологических расстройств — бокового амиотрофического склероза, болезни Паркинсона и т. п.
Ученых заинтересовало, есть ли такие маркеры и у COVID-19 — болезнь поражает дыхательную систему, что сказывается на интенсивности вдохов и выдохов и работе мышц.
Это, в свою очередь, приводит к изменениям громкости, тембра и других характеристик голоса, которые можно измерить.
Для первых экспериментов исследователи использовали общедоступные записи голосов знаменитостей, которые заразились коронавирусом, но не имели симптомов. Они сравнивали их речь до болезни и после ее выявления. Ученым удалось выявить ряд различий, которые могут указывать на инфекцию.
Исследователи анализировали форманты — акустические характеристики звуков речи. Их изменения говорили о том, как изменилась работа речевого аппарата — языка, губ, гортани, челюсти. Громкость голоса использовалась как мера для оценки состояния дыхательной системы. Тональность и колебания тона говорили о том, насколько стабильно работают голосовые связки.
«Совокупность этих речевых подсистем можно сравнить с запястьем и пальцами умелого пианиста, — говорит Томас Куатьери, ведущий автор исследования. — В норме их движения независимы и очень сложны. Но представьте, что они вынуждены двигаться вместе. Это бы заставило пианиста играть более простую мелодию».
Авторы работы построили спектрограммы, где с шагом в 10 миллисекунд измерялись отклонения в характеристиках голоса.
Оказалось, что COVID-19 действительно сильно ограничивает разнообразие звуковых сигналов.
На артикуляционный аппарат болезнь оказала меньшее влияние. Наибольшая разница наблюдалась в характеристиках, связанных с дыханием.
Делать однозначные выводы пока рано, отмечают ученые, но полученные данные явно показывают, что COVID-19 влияет на характеристики голоса, и эти изменения можно использовать для выявления болезни, даже если нет симптомов.
Чтобы подтвердить результаты, нужно гораздо больше речевых образцов. Поэтому сейчас исследователи работают с открытым набором данных Университета Карнеги-Меллон, который содержит образцы речи людей с положительным анализом на коронавирус. Также они изучают возможность реализации такого диагностического инструмента с помощью мобильного приложения. Так, рассматривается интеграция голосового теста на коронавирус в приложение VoiceUp, изначально разработанное для изучения связи между голосом и депрессией. Также можно добавить тест в приложение How We Feel. Оно собирает демографические данные и данные о состоянии здоровья людей, чтобы выявлять и прогнозировать вспышки коронавирусной инфекции.
Дальнейшие исследования должны сделать алгоритм более чувствительным к факторам, которые могут сказаться на изменениях голоса — окружающей среде, эмоциональному состоянию человека, другим заболеваниям.
Интеграция в мобильные приложения позволит выявлять инфекцию на ранней стадии, до появления симптомов, надеются ученые. Особенно это важно для случаев бессимптомного течения заболевания — не зная о том, что они больны, люди могут заразить родных или коллег.
Ранее о возможности определять коронавирус по голосу заявили специалисты Кембриджского университета. Они разработали приложение для сбора данных о кашле и изменениях голоса и дыхания у пациентов с COVID-19. Приложение COVID-19 Sounds доступно для браузеров Chrome и Firefox, скоро появятся версии для смартфонов на базе Android и iOS.
Приложению понадобятся основные демографические и медицинские данные пользователей, образцы их речи, дыхания и кашля, а также информация о том, есть ли у них положительный результат теста на коронавирус. Медицинских консультаций приложение не предоставляет — оно лишь собирает информацию для исследовательских целей.
В дальнейшем эти данные предполагается использовать для более точной диагностики и выявления осложнений. Кроме данных по COVID-19 исследователи надеются собрать информацию и по другим респираторным заболеваниям.