Nowa aplikacja wykrywa COVID-19 na podstawie głosu

kobieta

W skrócie

  • Kilka grup naukowców opracowuje aplikacje na smartfony, które mają diagnozować COVID-19 na podstawie głosu i kaszlu użytkownika
  • Lekarze twierdzą, że COVID-19 wywiera wyjątkowy i charakterystyczny wpływ na sposób mówienia i kaszel pacjentów
  • Aby zdiagnozować prawdopodobieństwo wystąpienia COVID-19, ludzie proszeni są o kaszel do mikrofonu smartfona lub komputera, recytowanie alfabetu i/lub wymawianie dźwięków samogłoskowych
  • Twórcy aplikacji twierdzą, że ich bezpośrednim priorytetem jest zebranie wystarczającej liczby próbek głosu od osób z wirusem i bez wirusa, aby opracować algorytm, który pomoże dokładnie diagnozować przypadki COVID-19
  • Jeśli algorytmy i wynalazki okażą się skuteczne, aplikacje zostaną udostępnione placówkom zdrowia publicznego na całym świecie
Rozmiar tekstu:

Według dr. Mercoli

Według ekspertów ds. zdrowia publicznego, wykonywanie przesiewowych testów na COVID-19 ma kluczowe znaczenie dla powstrzymania pandemii. Prowadzi do szybkiej identyfikacji, izolacji i leczenia przypadków COVID-19, w tym osób, które miały kontakt z zarażonymi ludźmi. Zatrzymuje rozprzestrzenianie się wirusa.

Niestety, szeroko zakrojone testy w USA zostały ograniczone przez problemy logistyczne i osobowe, możliwości laboratoriów, koszty oraz dostępność i niezawodność samych testów. Właśnie dlatego naukowcy z kilku uniwersytetów i ośrodków medycznych bada wykorzystanie smartfonów do wykrywania COVID-19 poprzez analizę mowy i kaszlu użytkowników.

Aplikacje mające na celu rozpoznanie obecności COVID-19 są opracowywane na Uniwersytecie Carnegie Mellon w Pittsburghu, École Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii i University of Cambridge w Wielkiej Brytanii.

Wielu twórców aplikacji podkreśla, że obecnie ich bezpośrednim priorytetem nie jest diagnoza, ale zebranie wystarczającej liczby próbek głosu od osób z wirusem i bez wirusa, aby opracować algorytm, który pomoże dokładnie zdiagnozować COVID-19 w przyszłości. Poinformowali, że prace nad ich urządzeniami są w toku.

Użytkownicy pomagają w tworzeniu bazy sygnatur głosowych, ale jest też coś dla nich. Użytkownicy aplikacji COVID Voice Detector Carnegie Mellon otrzymają „wyniki, które są przedstawiane na ruchomej skali sugerującej czy należy się martwić” – napisano w Digital Trends.

Jak „brzmi” chora osoba?

Lekarze zgłosili, że COVID-19 wywiera wyjątkowy i charakterystyczny wpływ na sposób mówienia i kaszlu pacjentów, co stanowi podstawę testów diagnostycznych AI opartych na głosie. Według Bhiksha Raj, profesora Carnegie Mellon, który pracował nad projektem detektora głosu COVID:

„Kaszel osób z zainfekowanymi płucami brzmi inaczej. Wydłużone samogłoski, takie jak „aaaa”, nie tylko brzmią inaczej, ale skraca się ich czas. Wymawiając długi ciąg cyfr, a następnie alfabet, użytkownik mówi przez dłuższy czas.

Pacjenci z COVID mają skłonność do duszności, katar, ból gardła i łatwo się męczą. Wszystko to wpłynie na sposób, w jaki mówią – zwłaszcza gdy muszą mówić dłużej”.

Profesor Cecilia Mascolo z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii, gdzie aplikacja wykrywająca COVID-19 na podstawie głosu jest częścią projektu EAR, zgadza się, że głos osoby z wirusem brzmi inaczej. Mascolo powiedziała w wywiadzie dla Horizon:

„Niektóre prace badawcze… wskazują, że kaszel, który towarzyszy Covid-19, ma pewne specyficzne cechy – został opisany jako suchy kaszel (z pewnymi charakterystycznymi cechami, które pozwalają na zidentyfikowanie choroby).

Według lekarzy (leczących pacjentów z Covid-19 w szpitalach), mogą wystąpić pewne zmiany w ich głosie, wzorcach oddychania lub sposobie, w jaki oddychają – mówią tak, jakby byli wyczerpani. Patrzymy na wszystkie te rzeczy, prosząc uczestników o nagranie oddychania i czytanie zdań na głos”.

Z powodu aberracji głosowych, głosy i kaszel użytkowników mogą być używane do postawienia diagnozy. Po pobraniu aplikacji Carnegie Mellon COVID Voice Detector, użytkownicy proszeni są o zakasłanie kilka razy, wymówienie kilku samogłosek i recytowanie alfabetu do mikrofonu smartfona lub komputera. Następnie otrzymują wynik określający prawdopodobieństwo zakażenia COVID-19.

Ograniczenia testu głosowego COVID-19

Naukowcy Carnegie Mellon, którzy opracowali wykrywacz głosu COVID, ostrzegają, że testy, choć szybkie i łatwe, nie mogą zastąpić porady medycznej; wyniki muszą być zweryfikowane przez lekarzy i/lub poparte przez CDC. Według Raj:

„Wyniki z aplikacji są wstępne i nieprzetestowane. Wynik, który obecnie pokazuje aplikacja, jest wskaźnikiem tego, jak cechy badanego głosu pasują do cech głosów innych pacjentów z COVID, których głosy testowaliśmy. To nie jest porada medyczna.

Głównym celem naszych działań w tym momencie jest zebranie dużej liczby nagrań głosowych, których moglibyśmy użyć, aby udoskonalić algorytm w coś, czego my – i społeczność medyczna – jesteśmy pewni”.

Raj zachęca użytkowników aplikacji COVID Voice Detector, aby nie podejmowali decyzji medycznych na podstawie wyników testu aplikacji, ponieważ może to zagrażać ich zdrowiu.

Zanim użytkownik aplikacji Carnegie Mellon utworzy swój profil, musi zaznaczyć pole z napisem: „Rozumiem, że jest to eksperymentalny system, który jest wciąż w fazie rozwoju… nie jest systemem diagnostycznym. Nie został zweryfikowany przez lekarzy. Nie jest zatwierdzony przez FDA ani CDC i nie może być stosowany jako zamiennik testu lub badania fizycznego”.

Mimo to, takie zastrzeżenia mogą być niewystarczające. Rita Singh, profesor informatyki w Carnegie Mellon, która współpracowała z aplikacjami VOA do wykrywania chorób takich jak choroba Parkinsona, powiedziała w wywiadzie dla BBC:

„Nie ma znaczenia, ile wyjaśnień zostało tam umieszczonych – jak wyraźnie mówisz ludziom, że nie zostało to potwierdzone medycznie – niektórzy ludzie i tak uznają wynik z tej aplikacji za Słowo Boże”.

Google ograniczyło aplikacje, takie jak aplikacja do wykrywania COVID na podstawie głosu, aby upewnić się, że użytkownicy nie zostaną wprowadzeni w błąd. Wyniki fałszywie pozytywne mogą powodować marnowanie cennych zasobów, a wyniki fałszywie negatywne mogą mieć fatalne konsekwencje – przyznaje Singh – więc należy zachować wielką ostrożność.

Plusy i minusy sztucznej inteligencji

Od FitBits po mobilne urządzenia do monitorowania pracy serca, wiele osób w coraz większym stopniu korzysta z przyrządów do pomiaru zdrowia i informacji zwrotnych. Technologia i maszyny zastąpiły klinicystów, wiele informacji dotyczących monitorowania zdrowia, a nawet własne oceny.

Według Mascolo, który pracuje nad wykrywaniem COVID-19 na podstawie głosu na University of Cambridge:

„Technika słuchania ciała jest w rzeczywistości bardzo trudna dla ludzi bez odpowiedniego przeszkolenia i doświadczenia w tym zakresie, ale maszyny są w tym znacznie lepsze. Technologie sztucznej inteligencji, takie jak uczenie maszynowe, mogą rozpoznać w dźwięku cechy lub wzorce, których ludzkie ucho nie słyszy…

Nasza wielka wizja… polega na powiązaniu algorytmów uczenia maszynowego z przenośnymi urządzeniami np. smartfonami, aby zautomatyzować diagnozowanie choroby za pomocą dźwięku. Większość z nas może być okresowo osłuchiwana i badana przez lekarza, ale co się stanie, jeśli będziesz mieć coś, co może stale słuchać dźwięków z naszego ciała. Może to być nowa forma diagnostyki”.

Smartfony i sztuczna inteligencja przechwytują dane osobowe, ale mają jeszcze ciemniejszą stronę – potencjał naruszenia prywatności i nieskrępowanego nadzoru.

W marcu 2020 roku Biuro Nauki i Technologii Białego Domu rozpoczęło tworzenie grupy zadaniowej firm z branży technologii i sztucznej inteligencji, aby „opracować nowe techniki eksploracji tekstu i danych, które mogłyby pomóc społeczności naukowej odpowiedzieć na pytania o wysokim priorytecie związane z COVID-19”.

Grupa zadaniowa jest złożona z 60 gigantów technologicznych, takich jak Facebook, Google, Twitter, Uber, Apple, IBM, Microsoft i Amazon.

Ryzyko eksploracji danych przez takie firmy i telefonów komórkowych waha się od ukierunkowanego marketingu opartego na danych osobowych po dosłowne szpiegowanie czyjegoś miejsca pobytu i kontaktów osobistych. Nie można również wykluczyć „świadectw szczepień” i totalitarnych krajowych systemów monitorowania.

Twórcy aplikacji głosowych zdają się świadomi ryzyka. Powiadomienie Carnegie Mellon COVID Voice Detector brzmi:

„Traktujemy prywatność poważnie… Nie prosimy o podanie imienia i nazwiska, adresu ani żadnych innych danych identyfikacyjnych, chociaż możesz podać adres e-mail w celu aktywowania opcji odzyskiwania hasła.

Użytkownik może również poprosić o usunięcie swoich danych zgodnie z opisem w polityce prywatności, a system kont umożliwia bezpośrednie usuwanie podanych przez użytkownika informacji. System kont umożliwia obecnie pobranie kopii wszystkich danych, które zebraliśmy od użytkownika za pośrednictwem badania.

Prosimy o niekorzystanie z tego ostatniego narzędzia bez uzasadnienia, ponieważ powoduje to duże obciążenie naszego systemu. Zapoznaj się z naszym formularzem zgody i polityką prywatności dotyczącą wykorzystania i przetwarzania wszystkich danych i informacji”.

Czy oparta na analizie głosu aplikacja wykrywająca COVID-19 pomoże w zwalczeniu pandemii?

Nie wszyscy eksperci technologiczni i medyczni chwalą pracę nad aplikacjami do wykrywania COVID-19 na podstawie głosu w ośrodkach akademickich, takich jak Carnegie Mellon University, University of Cambridge i École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Ashwin Vasan, profesor z Columbia University Medical Center, wyraził swoje wątpliwości wobec futuryzmu:

„Pomimo tego, że ekipa inżynierów miała dobre intencje w czasie kryzysu, nie jest to dokładnie wiadomość, którą chcemy otrzymać” – ostrzegł.

„… że jest jakieś nowe narzędzie, którego możemy użyć do diagnozowania koronawirusa, przy braku rzeczy, których tak naprawdę potrzebujemy o wiele bardziej, rzeczywistych zestawów testowych, testów serologicznych, środków ochrony osobistej dla pracowników pierwszej linii opieki zdrowotnej oraz respiratorów dla krytycznie chorych pacjentów.

Skupmy się na tym, zwłaszcza gdy nasi przywódcy w Waszyngtonie wydają się nie być w stanie zaspokoić tych najbardziej podstawowych potrzeb… Wszystko inne jest tylko odwróceniem uwagi”.

Aplikacje oparte na sztucznej inteligencji pokazują również różnicę stylu między powolnym światem nauki/medycyny a szybką i luźną kulturą Doliny Krzemowej. Według Digital Trends:

„Od pewnego czasu widać, że istnieje konflikt między słynną mantrą Doliny Krzemowej „poruszaj się szybko i niszcz rzeczy” a rzeczywistą potrzebą dowodów empirycznych, odpowiednich testów i weryfikacji.

Mówiąc prościej, przekonanie technologów o wymyślaniu narzędzi i wprowadzaniu ich na rynek ze świadomością, że zastosowana metodologia pozwoli im ulepszać i doskonalić produkt w trakcie użycia, dopóki nie będzie działał bezproblemowo, nie zawsze dobrze współgra z… recenzją i badaniami klinicznymi. To wyzwanie jest szczególnie wyraźne w dziedzinie medycyny”.

Programiści zauważają problemy aplikacji

Twórcy aplikacji wykrywającej COVID-19 na podstawie głosu zauważają ograniczenia narzędzi diagnostycznych, zwłaszcza gdy są one na wczesnym etapie rozwoju. Według Raj, detektor głosu COVID „jest w najlepszym razie narzędziem do segregowania, które może zachęcić ludzi do zasięgnięcia dalszych opinii medycznych”.

Jednak twórcy aplikacji widzą również pozytywne możliwości i ogólnoświatowe zastosowanie aplikacji w sektorze zdrowia publicznego, jeśli algorytmy zostaną sprawdzone i okażą się skuteczne. Raj powiedział w wywiadzie dla Digital Trends:

„Jeśli to zadziała, będziemy mieli bardzo prosty i łatwy sposób monitorowania stanu zdrowia milionów ludzi” – powiedział Raj. „Możemy nie tylko uzyskać natychmiastowe oceny, ale także spojrzeć na trendy wśród badanych osób, które będą często korzystać z aplikacji.

Może to w przyszłości stanowić sposób na monitorowanie ognisk chorób – szczególnie takich, które mają wpływ na głos”.

Z tego powodu Carnegie Mellon planuje udostępnić zebrane dane innym naukowcom z całego świata, zachęcając ich do wspólnej lub niezależnej pracy. Jaki jest haczyk? „Będziemy potrzebować zapewnienia od osób korzystających z naszych danych, że nie będą chronić ani komercjalizować żadnych adresów IP, które są w nich zawarte” [- powiedział Raj].

Inni naukowcy z Carnegie Mellon, którzy pracowali nad projektem detektora COVID na podstawie głosu, podzielają optymizm Raja. Według Futurism:

„Widziałem duży poziom rywalizacji dotyczącej rozwóju najtańszej i najszybszej diagnozy” – powiedział Benjamin Striner, absolwent Carnegie Mellon, który pracował nad projektem. „Istnieją całkiem dobre rozwiązania, które są naprawdę tanie i dość dokładne, ale nic nigdy nie będzie tak tanie i tak łatwe, jak mówienie do telefonu.

To prowokujące twierdzenie w obliczu globalnego wybuchu pandemii koronawirusa, a zwłaszcza powszechnego braku zestawów testowych. Striner uważa, że algorytm opracowany przez zespół, mimo że nadal jest w fazie eksperymentalnej, może być cennym narzędziem monitorowania rozprzestrzeniania się wirusa, zwłaszcza że zespół nadal udoskonala dokładność narzędzia, zbierając większą ilość danych”.

Urządzenia, aplikacje lub metody testowania, które rozwijają się podczas pandemii COVID-19 mają pozytywny potencjał, ponieważ większość ludzi z niecierpliwością czeka, aż świat wróci do normy, czyli tego, co było przed dystansem społecznym i strachem przed COVID-19.