Nápady a objevy

23. ledna 2019

Studenti z FEKT VUT navrhli algoritmus, který z řeči odhalí Parkinsonovu chorobu

Podle Mívalta by v budoucnosti mohly podobné algoritmy pomáhat s včasnou diagnostikou prostřednictvím mobilních aplikací | Autor: Archiv Filipa Mívalta

Naprogramovat algoritmus, který dokáže detekovat příznaky Parkinsonovy choroby z hlasové nahrávky – takové zadání dostali účastníci soutěže Biosignal Challenge 2018. Vítězem se stal tým studentů biomedicíny z FEKT VUT – Kamila Lepková, Andrea Beháňová a Filip Mívalt, který nyní navržený algoritmus rozpracovává v mezinárodním výzkumném projektu.

Soutěžící dostali k dispozici sadu nahrávek zdravých a nemocných lidí, u nichž měli pomocí vlastního algoritmu určit, kteří lidé mají Parkinsonovu chorobu. „Parkinson postihuje kromě jiných svalů také mluvidla včetně hlasivek. Existuje proto několik řečových cvičení, která se k diagnostice této nemoci používají. Třeba opakování jednoduchých slabik, u kterých se projeví, zda je člověk schopen udržet rytmus, zda se mu netřese hlas a jak artikuluje. Když si poslechnete pacienta v pokročilém stádiu nemoci, je jeho hlas bezbarvý, pacient není schopen mluvit rovnoměrně a špatně drží tempo,“ vysvětlil student Filip Mívalt z Ústavu biomedicínského inženýrství FEKT VUT a jeden z autorů vítězného algoritmu.

Na jeho vývoji spolupracoval s Andreou Beháňovou a Kamilou Lepkovou, které se rovněž věnují studiu biomedicíny na FEKT VUT. Na rozdíl od dalších 26 soutěžních prací se tým brněnské techniky rozhodl svůj algoritmus založit na odlišné metodě. „Ostatní se většinou soustředili na pravidelnost a tempo vyslovování určité slabiky. My jsme ale sledovali stabilitu hlasové frekvence, kterou pacienti s Parkinsonovou chorobou nejsou schopni v některých samohláskách udržet. Selhávají jim hlasivky a hlas tak více vibruje,“ doplnil Mívalt. K vývoji algoritmu se pak rozhodli využít deep learning, který je specifickou součástí umělé inteligence. Přestože byl jejich přístup ze všech soutěžících nejefektivnější, podařilo se jim dosáhnout přesnosti jen 56 %.

„V trénovacím setu jsme měli k dispozici velmi malý počet řečových promluv, na kterých jsme mohli algoritmus testovat. A problémem bylo i to, že do ostrého testovacího vzorku pak byli zahrnuti i léčení pacienti s Parkinsonovou chorobou, jejichž hlas se choval trochu jinak. To náš algoritmus nikdy neviděl,“ dodal Mívalt s upozorněním, že chtěl v soutěži především otestovat, zda je zvolená metoda perspektivní. Nyní pokračuje v jejím zpřesňování díky spolupráci na mezinárodnímu výzkumu Parkinsonovy choroby, který probíhá také na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze. „Spolupracují tam s Kanadou, USA, Německem, Francií, Rakouskem a Itálií a díky tomu jsou schopni shromáždit velké množství dat,“ podotkl.

Tento mezinárodní projekt je navíc unikátní v tom, že jsou do něj zahrnuti také lidé se spánkovou poruchou RBD. „Výzkumníci zjistili, že existuje až 80% pravděpodobnost, že se u těchto osob do několika let rozvine Parkinsonova choroba. Proto pacienty již pět let sledují a pořizují řečové nahrávky. Nyní už máme data od lidí, u kterých se za tu dobu Parkinson skutečně rozvinul. Vidíme tak, jak se jejich hlas v průběhu té doby měnil a vyvíjel,“ popsal Mívalt s upozorněním, že právě tato data umožní algoritmům pracovat přesněji. Především by ale měla napomoci odhalit nastupující onemocnění mnohem dříve, než se projeví jeho první příznaky.

Onemocnění Parkinsonovou chorobou hrozí především lidem starším 40 let. Monitorovat a plošně vyšetřovat celou populaci ale není finančně ani časově možné. V budoucnosti by podobné algoritmy mohly pomáhat s včasnou diagnostikou prostřednictvím mobilních aplikací. „Během měsíce byste průběžně nahrávali třeba hlas svojí babičky. Aplikace by pak vyhodnotila, zda se u ní projevují prvotní příznaky Parkinsona. V případě že ano, doporučila by lékařské vyšetření. Když se nemoc podchytí v dřívějším stádiu, dá se lépe léčit,“ upozornil mladý výzkumník. Budoucnost podobných algoritmů by mohla napomáhat včas odhalit i další neurodegenerativní nemoci, jako jsou Alzheimerova choroba nebo ALS.

(mar)

TémataFakulta elektrotechniky a komunikačních technologií studenti

Související články:
Bohumil Skokan: Studium jde zvládnout i s kochleárním implantátem
VUT získalo na Akademickém mistrovství ČR v terčové lukostřelbě dvě medaile
Přijela do Česka studovat jazyky, vymyslela aplikaci na šetrnější spotřebu energie
V brněnském Big Stepu se představily tři úspěšné firmy, studenti si zkusili práci v jejich IT odděleních
Reproduktor hrající díky vysokonapěťovému výboji se hodí jen pro nadšence