Detekcia Alzheimerovej choroby: úloha pre umelú inteligenciu

Poruchy reči patria medzi prvé symptómy degeneratívnych ochorení mozgu. To je základ inovatívneho projektu EWA, v rámci ktorého sa vyvíja mobilná aplikácia na zisťovanie Alzheimerovej choroby z nahrávok reči.

Aplikácia hravou formou navedie človeka, aby popísal obrázky, ktoré na telefóne uvidí. Model strojového učenia vyhodnocuje zvukové záznamy a zisťuje možné ochorenia. Nový nástroj by mal umožniť kvalitatívnu aj kvantitatívnu analýzu v prierezovom aj dlhodobom sledovaní danej osoby.

Na projektu EWA (Early Warning of Alzheimer) spolupracujú ľudia zo softvérovej spoločnosti AXON PRO spolu s neurológmi, psychológmi, s neziskovou organizáciou Centrum Memory, partnermi sú Paneurópska vysoká škola Bratislava a Ústav informatiky SAV. Projekt získal dotáciu z európskych fondov.

Tento softvér nemá za ciel nahradiť bežné vyšetrovacie metódy. Skôr má ambíciu dostať k lekárom viacero ľudí, ktorí majú problém a ktorí by mali absolvovať riadne vyšetrenie. Ľudia sa budú môcť veľmi jednoducho otestovať sami alebo napríklad u svojho všeobecného lekára pomocou mobilnej aplikácie. „Ten test by mal byť veľmi rýchly (max. 5 minút). A keď sa ukáže problém, tak by človek mal byť reálne otestovaný na Alzheimera (alebo inú chorobu) – čo reálne trvá pomerne dlhý čas,“ vysvetlil softvérový vývojár spoločnosti AXON PRO a vedúci vývojovej činnosti projektu EWA Richard Malaschitz, ktorý má na starosť vytvorenie jazykového modelu a prevod reči do textu.

Poruchy reči patria medzi prvé sprevádzajúce symptómy degeneratívnych ochorení mozgu. „Existuje pomerne veľa vedeckých štúdií, ktoré sa venujú diagnostike z reči (čo človek hovorí) a z hlasu (modulácia hlasu). Naša snaha bola využiť tieto znalosti, urobiť podobnú detekciu pre slovenský jazyk a urobiť aj finálnu aplikáciu použiteľnú pre širokú verejnosť,“ uvádza Richard Malaschitz.

Medzi inými poukázal na štúdiu Linguistic Features Identify Alzheimer's Disease in Narrative Speech, ktorá bola publikovaná v Journal of Alzheimer’s disease už v roku 2016. „Dosiahli sme špičkovú presnosť klasifikácie viac ako 81 % pri rozlišovaní osôb s Alzheimerovou chorobou od osôb bez nej na základe krátkych vzoriek ich jazyka pri úlohe opisu obrázkov. Ukazujú sa štyri jasné faktory: sémantická porucha, akustická abnormalita, syntaktická porucha a informačná porucha,“ popisujú svoju prácu autori tejto štúdie.

V projekte EWA zatiaľ dosiahli veľmi sľubné výsledky. Model má pri detekcii Parkinsonovej choroby podobnú presnosť ako iné zahraničné modely, okolo 95 percent. „U Alzheimerovej choroby máme výsledky (okolo 90 %) väčšinou lepšie ako v zahraničí a bude to asi tým, že na rozdiel od zahraničných štúdií sme testovali na širšej množine obrázkov a použili sme úplne všetky hlasové aj rečové vlastnosti, ktoré sa dali získať,“ popisuje Richard Malaschitz. „Máme urobenú pomerne rozsiahlu (aj na pomery zahraničné) databázu viac ako 1 200 nahrávok, kde sú nahrávky zdravých aj diagnostikovaných (Alzheimer, Parkinson) osôb. A databáza sa stále rozširuje čo do počtu aj čo do kvality, pretože okrem automatického prepisu hlasu sa v rámci výskumu robí aj ručné anotovanie nahrávok,“ uvádza. Projekt začal viac ako pred rokom. V súčasnosti je vývoj mobilnej aplikácie pre verejnosť takmer dokončený.

Ako systém funguje po technickej stránke? Zo zvukových nahrávok sa najprv získavajú audio vlastnosti či už rôznymi existujúcimi softvérmi alebo aj špecifickým softvérom vyvinutým v Slovenskej akadémii vied. Následne sa robí analýza Natural Language Processing, z ktorej sa získavajú ďalšie informácie. Pre detekciu Alzheimerovej choroby majú veľký význam rôzne štatistické informácie týkajúce sa počtu vypovedaných slov a slovných druhov. „Celkovo nám ide do spracovania viac ako 60 tisíc rôznych atribútov,“ vysvetľuje Richard Malaschitz. Pre vyhodnocovanie a detekciu anomálií sa zjednodušene povedané používajú techniky Random Forest, na záver s údajmi pracuje neurónová sieť.

Vyše 60 tisíc ľudí na Slovensku žije s Alzheimerovou chorobou a zviazanými poruchami. Očakáva sa, že toto číslo v nasledujúcich rokoch a dekádach dramaticky porastie. Automatizovaná detekcia neurodegeneratívnych ochorení by pomohla znížiť záťaž všetkých zdravotníckych pracovníkov a zvýšiť dostupnosť starostlivosti. Môže poskytovať starostlivosť väčšiemu počtu ľudí, ale aj pravidelne sledovať duševný stav človeka.