Ученые нашли способ диагностировать коронавирус по голосу

Инфекционные болезни действительно влияют на весь организм: в частности, они меняют тон, громкость и многие другие характеристики наших голосов. К такому выводу пришли сотрудники Лаборатории Линкольна при Массачусетском технологическом институте, которые обнаружили изменения в голосе бессимптомных носителей коронавируса SARS-CoV-2 — настолько тонкие, что люди не обращали на них внимание.

По словам авторов исследования, которое опубликовано в журнале IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology, эти «вокальные» биомаркеры были обусловлены тем, что коронавирусная пневмония влияет на дыхательную систему, гортань и, как следствие, весь артикуляционный аппарат и мышцы, задействованные в говорении. «Наш подход основан на сложности нейромоторной координации между речевыми подсистемами, участвующими в дыхании, фонации (использование гортани для порождения звука. — Прим. ред.) и артикуляции. Это обусловлено различной природой Covid-19, проявляющейся в бронхах, диафрагме, трахее, гортани, глотке, полостях рта и носа, а также доказательствами неврологических проявлений вируса», — пишут авторы статьи.

Несмотря на то что исследование еще находится на ранних стадиях, первоначальные результаты мотивируют на более подробное изучение, отмечают ученые. Кроме того, их выводы могут лечь в основу разработки мобильных приложений для скрининга людей на предмет коронавирусного заболевания, особенно тех, у кого нет симптомов.

Глава научной группы Томас Кватиери (Thomas Quatieri) и ранее руководил исследованиями в этой области: его внимание было сосредоточено на выявлении голосовых биомаркеров неврологических расстройств, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и болезнь Паркинсона. Эти и многие другие заболевания влияют на способность человеческого мозга превращать мысли в слова — и подобные изменения обнаруживают посредством обработки речевых сигналов.

С началом пандемии Covid-19 команда задалась вопросом: а могут ли «вокальные» биомаркеры существовать и у заразившихся коронавирусом? Судя по первичным симптомам болезни — когда человек испытывает трудности с дыханием, у него возникают сухой кашель, одышка, — это вполне реально. Воспаление в дыхательной системе влияет на интенсивность выдыхания воздуха, когда больной говорит, этот воздух взаимодействует с сотнями других потенциально воспаленных мышц на пути к производству речи. Таким образом, меняются тон голоса, резонанс, громкость и так далее — а все эти параметры можно измерить и использовать как комплекс биомаркеров, решили ученые.

Во время экспериментов они тщательно сравнивали записи речей знаменитостей, заболевших Covid-19, но еще не проявлявших симптомов, и их же интервью, когда они точно были здоровы (ролики «до» и «после» находили на YouTube). Затем авторы работы применили алгоритмы для извлечения параметров голосовых сигналов из каждой аудиозаписи. Как предположили ученые, коронавирусная инфекция провоцирует сопряжение мышц, что приводит к их затрудненному движению. В результате сокращается разнообразие звуковых сигналов. «Представьте, что эти речевые подсистемы — запястья и пальцы опытного пианиста; как правило, движения независимы и сложны, — объясняет Кватиери. — Теперь представьте, что запястья и пальцы будто бы слипаются и действуют как одно целое. Это заставит пианиста сыграть более простую композицию».

По итогам анализа исследователи обнаружили, что речевые движения заболевшего Covid-19 упрощались по сравнению с его речью до этого. Связь между движением гортани и артикуляцией была менее заметной. Таким образом, согласно предварительным результатам, «вокальные» биомаркеры могут говорить о том, что человек заражен коронавирусом.

Конечно, для окончательного подтверждения этой гипотезы потребуется больше данных: сейчас авторы исследования работают с базой Университета Карнеги — Меллона, содержащей аудиозаписи голосов людей, тест которых дал положительный результат на Covid-19.