Ваш голос имеет значение: использование речи для мониторинга болезни Хантингтона

В настоящее время прогрессирование болезни Хантингтона отслеживается главным образом с помощью тестов, оцениваемых клиницистами, нейровизуализации и измерений в крови или спинномозговой жидкости. Но группа исследователей из Франции недавно разработала автоматизированное устройство, способное оценивать прогрессирование БХ путём анализа речи человека во время выполнения простого задания на счёт.

Примечательно, что показатели речевой продукции смогли точно предсказать результаты клинических оценок у людей с БХ и успешно отследить изменения с течением времени. Эти результаты демонстрируют, что анализ голоса может стать перспективным, неинвазивным инструментом отслеживания прогрессирования заболевания в реальных условиях. Подобные инструменты могли бы однажды позволить людям с БХ отслеживать своё состояние с помощью смартфона, снижая потребность в частых визитах в клинику, сокращая расходы на здравоохранение и помогая врачам обеспечивать более персонализированный уход.

Голос каждого человека уникален

Наш голос — индивидуальная черта: нет двух людей со совершенно одинаковым звучанием голоса. Некоторые голоса легко узнаваемы. Читатели, заставшие эпоху до появления мобильных телефонов и определителя номера, вспомнят, как брали трубку стационарного телефона и узнавали голос друга на другом конце провода. Читатели помоложе могут узнать своего любимого актёра озвучки мультипликационного персонажа или бархатный голос Тейлор Свифт по радио. Множество факторов делают голос каждого человека уникальным. К ним относятся форма голосовых связок, размер горла, рта, языка и пазух носа, а также то, как звук отражается в голове и шее человека. На манеру речи также влияют возраст, здоровье, местный акцент и личный стиль разговора.

Почему люди умеют говорить, а животные нет?

Хороший вопрос. Человеческий голос, каким мы его знаем, похож на духовой инструмент и опирается на три главных компонента: звук, резонанс и артикуляцию. Звук исходит от голосовых связок. Голосовые связки — это две гибкие V-образные полосы мышечной ткани и слизистой оболочки внутри гортани, более известной как «голосовой аппарат», которая расположена в середине шеи. При обычном дыхании голосовые связки остаются полностью открытыми, чтобы воздух мог проходить в лёгкие. Но когда вы говорите, мозг посылает сигнал мышцам гортани сомкнуть связки, заставляя их вибрировать и тем самым создавать звуковые волны вашего голоса. Эти звуки изменяются резонаторами — горлом, ротовой полостью и носовыми ходами, — которые формируют узнаваемый голос человека. Наконец, язык, мягкое нёбо и губы считаются артикуляторами, изменяющими озвученный звук и играющими важную роль в различении гласных и согласных.

У млекопитающих, рептилий и даже земноводных анатомия голосовых связок схожа с человеческой. Эти животные общаются друг с другом с помощью шумов и звуков, таких как лай, рычание или визг, но только люди способны произносить слова. Это связано с прямым нервным контролем над гортанью, языком и губами, а также со специализированными зонами коры головного мозга, позволяющими сознательно контролировать издаваемые звуки, а не инстинктивные шумы. Исследователи изучают эти нейронные связи, чтобы понять, как мозг управляет речью и языком и как этот процесс может нарушаться при заболеваниях.

Речевые нарушения при БХ

Речь включает сложные двигательные навыки, когнитивный контроль и планирование на нескольких уровнях, поэтому неудивительно, что речевые трудности у людей с симптоматической БХ документируются уже десятилетиями. Ранние исследования показали, что у людей с БХ темп речи был медленнее, произнесение слов занимало больше времени, а паузы между словами и внутри них были продолжительнее по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. К конкретным изменениям также относятся повышение высоты тона или резкости голоса и снижение координации языка и губ, что затрудняет артикуляцию слов. Интересно, что в некоторых исследованиях также предполагается, что речевые нарушения могут предшествовать появлению первых явных двигательных симптомов. Поэтому считается, что отслеживание изменений речи может служить ценным маркером начала и прогрессирования заболевания.

Ваш голос как биомаркербиомаркер — исследование любого вида — включая анализы крови, анализы на мышление и сканирование головного мозга — которое может измерить или предсказать прогрессирование такого заболевания, как БГ. Биомаркеры могут сделать клинические исследования новых лекарств более быстрыми и надежными.

«Биомаркербиомаркер — исследование любого вида — включая анализы крови, анализы на мышление и сканирование головного мозга — которое может измерить или предсказать прогрессирование такого заболевания, как БГ. Биомаркеры могут сделать клинические исследования новых лекарств более быстрыми и надежными.», или биологический маркер, формально определяется как характеристика, которая объективно измеряется и оценивается в качестве показателя нормального биологического процесса, патологического состояния или реакции на вмешательство. Проще говоря, это нечто, что можно измерить и что даёт информацию о происходящем внутри организма вследствие заболевания или в ответ на лечение. Биомаркеры играют ключевую роль во многих аспектах ухода при БХ и разработки лекарств. Важно, что их можно использовать для оценки начала заболевания, отслеживания его прогрессирования или определения того, насколько эффективно действует новая терапия. В настоящее время наиболее распространённые биомаркеры БХ включают белки, которые можно измерить в спинномозговой жидкости (например, лёгкие цепи нейрофиламентов [NfL] и белок хантингтин [HTTHTT — одна из аббревиатур для гена, вызывающего болезнь Гентингтона. Этот же ген также называют HD и IT-15.]), либо биомаркеры нейровизуализации (такие как магнитно-резонансная томографияМагнитно-резонансная томография — метод, использующий мощные магнитные поля для получения детальных изображений головного мозга у живых людей и животных. [МРТ]), определяющие объём мозга.

Но вместо инвазивных люмбальных пункций или дорогостоящей нейровизуализации разве не было бы здорово иметь простой, неинвазивный способ регулярно отслеживать симптомы заболевания или эффективность исследуемого препарата, причём потенциально удалённо? Недавние исследования показывают, что это может быть возможным!

Прогнозирование клинических показателей с помощью короткого речевого теста

Стандартный визит к неврологу для человека с БХ включает широкий спектр оценок двигательных, когнитивных и функциональных показателей. На основе этих клинических оценок клиницисты разработали составную Единую шкалу оценки болезни Хантингтона (cUHDRS), объединяющую двигательные, когнитивные и функциональные симптомы в единый показатель. cUHDRS широко признана как способ отслеживания прогрессирования БХ и обычно используется в качестве конечной точки в клинических испытаниях БХ. Но, как и у любого теста для отслеживания БХ, у неё есть недостатки: эта оценка часто проводится лишь раз в год, она не предназначена для очень чувствительного выявления изменений, и результаты могут отличаться в зависимости от того, кто её проводит. БХ, в конце концов, чрезвычайно сложное заболевание.

В новаторских исследованиях, опубликованных в 2022 году, команда под руководством Анн-Катрин Башу-Леви привлекла 181 носителя гена БХ из трёх французских проспективных когорт для предоставления простых речевых записей. Эти записи включали счёт от 1 до 20 вперёд, а затем в обратном порядке, менее чем за 45 секунд. Счёт в обратном порядке на самом деле намного сложнее и задействует больше рабочей памяти, концентрации и внимания, поэтому это стало важным дополнением к исследованию. Результаты показали, что определённые речевые характеристики способны предсказывать основные клинические симптомы, измеряемые по шкале cUHDRS. Кроме того, данные МРТ показали, что ухудшение речи, по-видимому, связано с повреждением полосатого тела — части мозга, наиболее подверженной воздействию БХ.

Что показало новое исследование

Опираясь на это предыдущее исследование, команда Башу-Леви недавно разработала инструмент под названием xHD-Vox (x — от eXplainable, «объяснимый», HD — болезнь Хантингтона, Vox — голос) для отслеживания и анализа голосовых записей. Сначала они автоматизировали речевые записи с помощью «Whisper» — системы автоматического распознавания речи, да, на основе искусственного интеллекта (ИИ). Whisper была создана компанией OpenAI — той же компанией, которая разработала ChatGPT.

Как и любой инструмент на основе ИИ, xHD-Vox нужно было запрограммировать и обучить на данных и инструкциях, заданных человеком. В данном случае логопеды прослушивали голосовые записи людей с БХ, считающих от 1 до 20 вперёд и назад, вручную отмечая или обозначая особенности их речи и звуков. Команда Башу-Леви использовала эти данные для обучения xHD-Vox распознавать и классифицировать особенности речи, и xHD-Vox выделил набор важных характеристик. Среди них — нарушения артикуляции и звучания, изменения ритма и скорости счёта, а также паузы, добавление лишних звуков и ошибки в последовательности чисел. По сути, они обучали компьютерное устройство оценивать речевые записи пациентов без необходимости участия эксперта-человека.

Авторы затем показали, что оценённые компьютером голосовые характеристики сильно коррелировали с результатами клинических тестов, в частности с эталонной шкалой cUHDRS, что по сути делает их цифровым «биомаркером». Это стало важным шагом, поскольку дало авторам больше уверенности в том, что этот речевой тест точно отражает лежащую в основе биологию БХ.

На следующем этапе исследования учёные проверили, насколько хорошо xHD-Vox способен отслеживать прогрессирование БХ на протяжении 2 лет. Выяснилось, что xHD-Vox может предсказывать снижение выраженности симптомов БХ способом, сходным с тем, как это делают клиницисты на основе клинических оценок. Одна из по-настоящему воодушевляющих особенностей этого исследования заключается в том, что их модель можно внедрить в мобильные приложения, которые можно было бы использовать на смартфоне человека для удалённого мониторинга собственного голоса с течением времени.

Каковы следующие шаги?

Использование искусственного интеллекта подобным образом — это настоящий прорыв. Однако xHD-Vox пока не готов к широкому использованию. Прежде чем его можно будет рассматривать для массового применения, важно протестировать xHD-Vox в дополнительных группах людей с БХ и проверить реальные голосовые записи с использованием мобильных телефонов. С учётом этого исследователи уже разработали прототип xHD-Vox для Android, чтобы изучить его потенциал для развёртывания на мобильных устройствах и удалённого мониторинга. Это пока не то, что можно найти в магазине приложений, но в настоящее время он проходит экспериментальное тестирование.

Кроме того, это устройство необходимо протестировать и на других языках, помимо английского. По-настоящему эффективный биомаркербиомаркер — исследование любого вида — включая анализы крови, анализы на мышление и сканирование головного мозга — которое может измерить или предсказать прогрессирование такого заболевания, как БГ. Биомаркеры могут сделать клинические исследования новых лекарств более быстрыми и надежными. должен быть доступен во всём мире. На сегодняшний день проведено лишь одно многоязычное исследование анализа голоса при БХ (Fahed и соавт.), которое было сосредоточено на заданиях по чтению, и это исследование показало, что речевые характеристики при чтении зависят от языка. Поскольку Whisper поддерживает 96 языков, исследователи считают, что адаптация xHD-Vox к новому языку будет простой и эффективной задачей, поскольку она связана со счётом чисел, а не с чтением слов.

Тем не менее, эта работа представляет собой важный шаг вперёд в области телемедицины для мониторинга БХ с потенциалом выявления прогрессирования заболевания. Это может быть особенно важно в регионах с ограниченным доступом к медицинской помощи или в сельских сообществах.

Краткое содержание:

• Человеческая речь зависит от точной координации между мозгом, голосовыми связками, языком и губами.
• Учёные изучают эти связи, чтобы понять, как мозг производит речь — и как этот процесс изменяется при таких заболеваниях, как БХ.
• Люди с БХ могут говорить медленнее, чаще делать паузы или испытывать трудности с координацией звуков, необходимых для чёткой речи.
• Исследователи разработали xHD-Vox — инструмент на основе ИИ, который анализирует речь во время простого задания на счёт.
• Речевые характеристики, измеряемые xHD-Vox, отражали клинические оценки и отслеживали изменения при БХ на протяжении двух лет.
• При дальнейшем тестировании анализ голоса может стать простым, неинвазивным способом удалённого мониторинга БХ.