Werden wir bald in der Lage sein, Covid-19 an der Stimme zu erkennen?

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Mehrere Forschergruppen haben einen Zusammenhang zwischen Stimme und Coronavirus entdeckt. Sie arbeiten an einer Möglichkeit, das Vorhandensein des Virus nachzuweisen, indem sie dem Patienten einfach beim Sprechen zuhören. Diese Hypothese könnte dann die Entwicklung einer mobilen Anwendung ermöglichen, die das Vorhandensein des Virus durch einfaches Zuhören des Patienten beim Sprechen erkennt.

Keine Covid-19-PCR oder Antigentests mehr? Mehrere Forschergruppen arbeiten an einer Idee, die die Methode zum Nachweis des Coronavirus revolutionieren könnte.

Symptome in der Stimme
Forscher am Lincoln Laboratory des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben in den Stimmen asymptomatischer Patienten spezifische Biomarker für Covid-19 identifiziert. Die häufigsten Symptome des Coronavirus sind Husten, Atembeschwerden oder Entzündungen der Atemwege. Infolgedessen wird die Intensität, mit der die Luft beim Sprechen ausgeatmet wird, beeinflusst. “Diese Luft interagiert auf ihrem Weg zur Sprachproduktion mit anderen potenziell entzündeten Muskeln. Diese Interaktionen wirken sich auf Lautstärke, Tonhöhe, Stabilität und Resonanz der Stimme aus – messbare Eigenschaften, die die Grundlage für Biomarker bilden”, sagt Thomas Quatieri, Mitglied der Gruppe Human Health and Performance Systems am MIT.

Um seine Hypothese zu testen, analysierten er und seine Kollegen Videos auf Youtube von Prominenten und Fernsehmoderatoren, die interviewt wurden, als sie mit Covid-19 infiziert waren. Anschließend verglichen sie diese Audiodateien mit Programmen, die vor dem Ausbruch gedreht wurden. Dies ermöglichte es ihnen, die für die Krankheit spezifischen Stimmmerkmale zu extrahieren. Durch ihre Beobachtungen stellten die Wissenschaftler fest, dass die Entzündung von Covid-19 eine übermäßige Kopplung der Muskeln verursachen könnte, die die Stimme des Patienten beeinträchtigt. Wenn diese Veränderungen für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar sind, können Geräte sie möglicherweise erkennen.

Einsatz von künstlicher Intelligenz
In Israel wurde die Technologie, die den Namen HearO trägt, von der Firma Cordio Medical entwickelt. Sie analysiert Proben, die über eine Smartphone-Anwendung gewonnen wurden, und erkennt über Sprachmodulationen eine Verschlechterung aufgrund geringfügiger Veränderungen der Lungenflüssigkeit. HearO konzentriert sich auf Symptome im Zusammenhang mit Lungenerkrankungen, die besonders schwer zu überwachen sind. Die Studie wird 5.000 Patienten in verschiedenen symptomatischen Stadien 18 Monate lang überwachen. Das System, das ursprünglich für Patienten mit Herzkrankheiten eingesetzt wurde, hat sich bereits in klinischen Studien an 10 medizinischen Einrichtungen in Israel bewährt.

Ein weiteres Projekt, das vom israelischen Start-up-Unternehmen Vocalis Health geleitet wird, untersucht die Stimme, um die Symptome von Covid-19 zu sortieren, zu untersuchen und zu überwachen. Stimmproben werden von hospitalisierten Patienten gesammelt, aber auch von Freiwilligen, die Daten von zu Hause aus über eine Smartphone-Anwendung senden. Sie werden dann mit Hilfe eines auf künstlicher Intelligenz basierenden Algorithmus analysiert, um einen “einzigartigen Stimmabdruck” zu identifizieren, der in der Lage ist, die Symptome der Krankheit zu erkennen und eine Verschlechterung des Gesundheitszustands der Patienten festzustellen. Das Experiment, das Ende März begann, soll im Dezember enden und mindestens 100.000 Personen umfassen.

Eine mobile Anwendung
Das von der Europäischen Union getragene Projekt EAR (Audio-based Mobile Health Diagnostics) arbeitet an einer mobilen Anwendung. Dank dieses Werkzeugs werden die Wissenschaftler in der Lage sein, Algorithmen zu entwickeln. Damit wird es möglich sein, anhand von Stimme, Husten und Atmung festzustellen, ob eine Person an Covid-19 leidet.

Die Anwendung sammelt nicht nur Stimm-, Atem- und Hustenproben, sondern auch grundlegende demographische Daten und Informationen zur Krankengeschichte der Benutzer. Das Tool fragt sie auch, ob sie positiv auf Coronavirus getestet wurden.

“Nach Gesprächen mit Ärzten stellte sich heraus, dass einer der häufigsten Faktoren, die sie bei Patienten mit dem Virus beobachtet haben, die charakteristische Art und Weise ist, wie sie beim Sprechen Luft holen, ganz zu schweigen von trockenem Husten und Atempausen”, erklärt Professor Cecilia Mascolo von der Universität Cambridge, der Gastinstitution des EAR-Projekts.

Andere Krankheiten erkennen
Die Idee, bestimmte Pathologien in der Stimme zu erkennen, ist nicht neu. Forscher arbeiten seit vielen Jahren an einer mobilen Anwendung, um herauszufinden, ob eine Person an Alzheimer erkrankt ist. Obwohl die Technologie zur Diagnose von Sprachmustern noch entwickelt und erprobt werden muss, könnte sie es ermöglichen, die Alzheimer-Krankheit frühzeitig zu erkennen, wenn sie noch leicht zu behandeln ist.

Im Jahr 2012 entwickelte der Mathematiker Max Little vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) zusammen mit zwei Kollegen von der britischen Universität Oxford eine Software, die in der Lage ist, die winzigen Veränderungen in der Stimme zu erkennen, die eines der ersten Anzeichen der Parkinson-Krankheit darstellen würden. Wie in der israelischen Studie arbeitete er zur Entwicklung seines Systems mit Stimmproben von 50 Betroffenen, die über einen Zeitraum von sechs Monaten einmal im Monat aufgenommen wurden, sowie mit denen von gesunden Menschen oder Menschen mit anderen Erkrankungen, die den Klang ihrer Stimmbänder verändern. Daraus leitete er einen Algorithmus ab, der noch perfektioniert werden konnte und der bei den ersten Tests eine “Diagnose” ergab, die zu 86% zuverlässig war.


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