Санкт-Петербургский университетЗдоровье
Как говорит деменция
Ученые СПбГУ работают над определением ранних признаков болезни Альцгеймера по речи. Результаты этих исследований в будущем помогут выявлять заболевание на начальной стадии, до появления первых выраженных симптомов.
В Университете с середины прошлого века изучают речь. «Она обладает множеством характеристик, изменение которых способно многое сказать о состоянии человека. Некоторые из этих изменений улавливает наше ухо, поэтому в разговоре мы можем определить, простужен собеседник или здоров, бодр или устал. Менее заметные перемены в речевых характеристиках можно зафиксировать на специальном оборудовании, так же, например, как артериальное давление или температуру тела, — рассказывает Павел Анатольевич Скрелин, заведующий кафедрой фонетики и методики преподавания иностранных языков СПбГУ. — В рамках своей работы мы измеряем параметры речи в разных ситуациях, анализируем их и получаем объективные результаты, которые в дальнейшем можно использовать в создании технологий для самых разных сфер: от контрразведки и кибербезопасности до медицины и туризма».
Одним из направлений исследований ученых Университета сегодня является выявление в речи первых признаков болезни Альцгеймера.
Язык имеет значение
По словам Карины Владимировны Евграфовой, старшего научного сотрудника СПбГУ (кафедра фонетики и методики преподавания иностранных языков), при этой патологии нейродегенеративные процессы в мозге начинают развиваться за годы до появления первых клинических симптомов. Когда они проявляются, люди часто связывают их с возрастными изменениями и откладывают поход к врачу. Из-за этого теряется время и снижаются шансы на успех в лечении. Поэтому поиск методов ранней диагностики деменции, которые можно было бы применять, например, во время диспансеризации, — актуальная задача.
В последние годы речь привлекает большое внимание как перспективный источник информации о нейродегенеративных патологиях. «Все потому, что снижение когнитивных способностей влияет не только на память и высшие психические функции, но и на фонетическую организацию речи: произношение, ударение, интонацию, ритм и темп», — подчеркивает Карина Евграфова.
По ее словам, в мире уже исследуют возможности выявления первых признаков нейродегенерации альцгеймеровского типа по речи человека. Некоторые зарубежные системы анализа позволяют отличать начало болезни от здорового старения с точностью выше 88 %. В самых последних экспериментах достоверность методов превышает 90 %. «Пока все эти результаты получены на материале английского, немецкого и других иностранных языков и не могут быть применены в русскоязычной среде», — поясняет ученый.
Дело в том, что у русского языка есть уникальные особенности. Он имеет подвижное ударение, а также богатую флективную морфологию (разнообразие окончаний) и сложную звуковую организацию, включающую громкость, темп, ритм, паузы. Поэтому при обследовании русскоязычного человека нельзя ориентироваться на маркеры нейродегенерации, выявленные у иностранцев.
Вслушаться в болезнь
Ученые СПбГУ решили восполнить пробел и приступили к разработке аналитической системы с учетом всех особенностей русского языка. «В современных мировых исследованиях преобладает мультимодальный подход, сочетающий два вида маркеров болезни: лингвистические, связанные, например, с выбором слов, и фонетические, включающие звуковую организацию речи. Мы решили сосредоточиться на последних, так как в условиях ограниченного объема русскоязычных данных именно они, по нашему мнению, являются наиболее рациональной отправной точкой», — объясняет Карина Евграфова.
По ее словам, фонетические признаки обладают рядом преимуществ по сравнению с лексическими. Например, они в меньшей степени зависят от диалекта и уровня образования человека, автоматически извлекаются из необработанной аудиозаписи без трудоемкой ручной разметки и, наконец, лучше подходят для ранней диагностики. Ведь некоторые фонетические изменения могут проявляться на первых стадиях заболевания, когда выраженные лексические нарушения еще отсутствуют.
Исследователи Университета предложили выявлять фонетические маркеры нейродегенеративных нарушений с помощью стихов. Специалисты предположили, что болезнь Альцгеймера начинает развиваться в глубоких структурах мозга, что сказывается на выразительности и ритме речи. Поэтому чтение поэтических текстов может быть более информативным, чем прохождение стандартных тестов, в которых человеку нужно назвать изображенные на рисунке или фотографии предметы.
Для пилотной проверки своей гипотезы ученые пригласили десять добровольцев и разделили их на две группы: экспериментальную, в которой оказались пять человек с диагностированной болезнью Альцгеймера, и контрольную, куда попали участники без патологии. «Для каждого пациента с деменцией мы подобрали здорового участника того же пола и возраста. Это позволило отличить возрастные изменения от особенностей, которые с большей вероятностью связаны с заболеванием», — рассказывает Карина Евграфова.
Специалисты записывали речь добровольцев у них дома в тихой комнате. Участники исследования выполняли три речевых задания: произносили спонтанный монолог на заданную тему и читали два стихотворения, содержащих омонимы и ироничные выражения, что позволило ученым дополнительно оценить речевые функции. Собранные специалистами аудиоматериалы легли в основу первого корпуса речи для анализа нейродегенеративных нарушений у русскоязычных людей, названного Sonus Mentis.
Обработку записей исследователи провели с помощью созданного самостоятельно программного обеспечения Sonus Mentis Analyzer, позволившего вычислить и сравнить нужные характеристики в аудиозаписях.
О чем расскажет голос
В результате анализа данных ученые обнаружили 19 речевых параметров, по которым различались спонтанные монологи двух групп. В том числе разница была заметной в скорости речи и количестве пауз, тембре и громкости голоса, а особенно в когнитивном планировании.
«Оно зависит от многих факторов: уровня образования, усталости и, конечно, от состояния здоровья. Когнитивное планирование — это подготовка высказывания в сознании. Проще говоря, этот параметр говорит о том, на сколько слов вперед человек способен выстроить фразу у себя в голове. Кто-то может на десять, поэтому будет говорить более плавно, а некоторые — только на два, поэтому их речь будет прерывистой. Люди с нейродегенеративными заболеваниями имеют низкий уровень когнитивного планирования, поэтому часто делают долгие паузы, чтобы подобрать нужную формулировку», — подчеркивает Павел Скрелин.
Если в спонтанном монологе результаты участников значительно отличались, то с чтением стихов обе группы добровольцев справились примерно одинаково по всем параметрам, кроме одного. «Поэтический текст позволил обнаружить важный специфический признак деменции — фонационную нестабильность, то есть неконтролируемое изменение голоса, например дрожание, — отмечает Карина Евграфова. — Мы сделали вывод, что метрическая структура стиха сыграла роль каркаса, который помог сделать менее заметными нарушения когнитивного планирования в речи и некоторые другие маркеры нейродегенерации, но вместе с тем позволил выявить нарушения, незаметные в спонтанном монологе».
Таким образом, ученые показали, что стихи наряду с другими речевыми задачами могут быть полезны для поиска признаков ранних нейродегенеративных изменений, а также что в целом можно выявлять разные маркеры заболеваний с помощью различных типов заданий, формируя более полную и объективную картину состояния человека.
Диагностика на слух
В дальнейшем ученые СПбГУ планируют расширить корпус записей речи русскоязычных пациентов, провести более детальное исследование уже собранных аудиозаписей и дополнительно проверить выявленные речевые маркеры болезни Альцгеймера на более широкой выборке. Исследователи также намерены внедрить в работу алгоритмы искусственного интеллекта и создать систему для быстрого и высокоточного распознавания первых признаков нейродегенерации в речи. В перспективе систему можно будет применять в больницах в рамках скрининга, а также для отслеживания динамики состояния пациента в процессе терапии.
Цифра
> 55 млн человек в мире болеют деменцией.
10 млн новых случаев деменции регистрируется каждый год. Источник: who.int
«В будущем, возможно, человеку не придется проходить специальные тесты на личном приеме у невролога, система сможет анализировать его речь во время дистанционной консультации с врачом и быстро формировать предварительную оценку, которая поможет специалисту принимать дальнейшее решение о том, отправлять ли пациента на прицельное обследование или нет», — подчеркивает Павел Скрелин.
Интересно
Болезнь Альцгеймера — разновидность деменции, при которой происходит разрушение тканей головного мозга и гибель нервных клеток. Заболевание характеризуется ухудшением памяти и мышления, снижением способности к обучению. Прогрессирование симптомов приводит к тому, что пациент теряет самостоятельность и начинает полностью зависеть от помощи других. Болезнь редко развивается у людей моложе 65 лет. Средняя продолжительность жизни с данной патологией составляет 7 лет.
Источник: msdmanuals.com
Кстати
На кафедре фонетики и преподавания иностранных языков СПбГУ сохранился кимограф — прибор, который позволял рассчитывать характеристики речи вручную до изобретения техники для автоматизированного анализа.
Кимограф работал следующим образом. На барабан наклеивалась мелованная бумага, покрытая копотью от специальных свечей. Человек прижимал амбушюр (специальную маску-рупор) ко рту и начинал говорить. Барабан вращался, каретка двигалась по бумаге и фиксировала колебания звука. После того как лист заканчивался, его снимали и помещали в лак, а на барабан прикрепляли новый лист. Когда все записи были сделаны и лак просыхал, исследователь садился изучать с помощью специальной линейки получившуюся кимограмму — графическое отображение записи на кимографе. Отрезок длиной чуть больше миллиметра соответствовал всего нескольким миллисекундам аудиозаписи. По таким небольшим фрагментам можно было рассчитывать с точностью до одного герца речевые характеристики, например частоту основного тона голоса (колебания голосовых связок при произнесении гласных звуков).
На кимографе, представленном ниже, проводила одно из своих первых студенческих исследований Людмила Алексеевна Вербицкая, будущий выдающийся филолог, ректор (1994–2008), декан филологического факультета (2010–2019) и президент (2008–2019) СПбГУ. Для своей курсовой работы об интонации побудительных предложений ученый проанализировала шесть с половиной метров кимограмм.
Сегодня студенты Университета проводят анализ речи с помощью инновационного оборудования в лаборатории экспериментальной фонетики имени Л. В. Щербы СПбГУ, которая считается одной из лучших в стране.
***
Кроме поиска первых признаков деменции, фонетисты СПбГУ также занимаются:
- идентификацией и коррекцией речевых расстройств и логопедических проблем;
- поиском признаков болезни Паркинсона, а также заболеваний уха, горла, носа (от простуд до профессиональных патологий);
- установлением физического переутомления и когнитивной перегрузки;
- распознаванием скрытых намерений;
- составлением речевого портрета человека (в том числе с выявлением психотипа, данных о родном языке и регионе, уровне образования, профессии);
- поиском отличий между настоящей речью и подделкой (например, голосом, сгенерированным ИИ);
- исследованием эмоциональной окраски речи.
Интересно
Установлена связь между меньшим количеством лет формального образования (в официальных учебных заведениях) и повышенным риском болезни Альцгеймера и других деменций. Хотя очевидной причины для такой зависимости нет, некоторые ученые полагают, что большее количество лет обучения, возможно, помогает укрепить связи между нейронами, позволяя тем самым головному мозгу использовать альтернативные пути передачи сигналов при изменениях, вызванных нейродегенерацией.
Источник: who.int
Павел Анатольевич Скрелин, заведующий кафедрой фонетики и методики преподавания иностранных языков СПбГУ, доктор филологических наук, профессор
Карина Владимировна Евграфова, старший научный сотрудник СПбГУ (кафедра фонетики и методики преподавания иностранных языков), кандидат филологических наук, доцент
Важно
Ученые проводят исследование в рамках гранта Российского научного фонда № 25-28-01870 «Изменение фонетических характеристик в речи при когнитивных нарушениях альцгеймеровского типа» под руководством Веры Вячеславовны Евдокимовой, доцента СПбГУ (кафедра фонетики и методики преподавания иностранных языков).
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl