В начале мая специалисты НГТУ НЭТИ совместно с коллегами из НГПУ и фониатрического центра разработали первую в мире систему, которая позволяет диагностировать по голосу долговременные и часто маскируемые пациентом психоэмоциональные отклонения, а также помогает определять на ранних стадиях развитие опухолей в голосовом аппарате. Помимо медицины, система может найти применение в педагогике, социальной работе, системе безопасности и идентификации. 

Психоэмоциональные расстройства у человека можно диагностировать при помощи анализа звуковых волн. К такому выводу пришли ученые из Новосибирского государственного технического университета НЭТИ. Спустя годы исследований они обнаружили зависимость изменений в голосе от психоэмоциональных расстройств. Запатентованная методика позволяет точно определять нарушения при помощи цифровой обработки звука.

Ранее попытки создания подобных систем диагностики голоса были и за рубежом. В России подобные разработки велись в основном для военных целей. Главная уникальность устройства ученых факультета радиотехники и электроники — алгоритм цифровой обработки голосового сигнала, позволяющий найти связь между голосовыми изменениями и психоэмоциональными нарушениями говорящего.

Новосибирские ученые подтвердили гипотезу, что речь человека меняется в зависимости от типа расстройства. Благодаря тестам, проведенным на детях младшей школьной группы, специалисты нашли переменную в специально созданной математической модели, которая отвечает за связь голоса с психоэмоциальнальным состоянием. По словам ученых, сейчас число расстройств растет как среди детей, так и среди взрослых. Это может быть тревога, депрессия, агрессия или аутоагрессия.

Устройство производит анализ при помощи алгоритма, в основу работы которого включен акустический анализ звукового сигнала. Набор тестовых фраз записывается на микрофон и оцифровывается звуковой картой с высоким разрешением. Так звуковая волна преобразуется в цифровой сигнал. Далее программа производит обработку этой волны: алгоритм рассчитывает параметры высокочастотных и низкочастотных колебаний, мощности звука, строит кривую. Полученные параметры исследуемого голоса сравнивают с эталонным. На основании полученных различий определяется психоэмоциональное состояние человека. Система будет удобна в эксплуатации: для ее работы необходим только микрофон, специализированная аудиокарта и компьютер с программным обеспечением.

«Чтобы понять, как работает программа, приведу пример. Допустим, что есть параметр звука X, который у нормального человека 0,2—0,3, а у человека с явным психоэмоциональным нарушением равен 5. Отсюда мы можем прийти к выводу, что у человека есть симптомы, к примеру, аутоагрессии. Именно эту корреляцию мы искали и нашли», — говорит соавтор разработки, молодой ученый факультета радиотехники и электроники Дарья Боровикова.

Помимо психоэмоциональных заболеваний, программа может определять и функциональные нарушения голоса, которые в дальнейшем могут привести к стойким органическим изменениями в гортани: ларингиты, хордиты, узелки и полипы голосовых складок, папилломатоз гортани и другие заболевания. По словам ученых, функциональные нарушения диагностировать сложнее, чем органические, которые можно увидеть при помощи ларингоскопов и эндоскопов. Однако они также представляют угрозу. Подобные расстройства, как правило, связаны с неправильным использованием голосового аппарата. Такие нарушения встречаются у детей, которые в раннем возрасте начинают неправильно заниматься вокалом. Долгое неправильное звукопроизношение и приводит к появлению воспалений.

Ранее психологические расстройства и функциональные нарушения в голосе пациента выявлялись специалистом исключительно «на слух». Результаты такой диагностики носили субъективный характер и зависели от компетенции конкретного врача. «Определение нарушений в голосе у пациента объективным путем — очень сложная и актуальная задача. Возможность обратиться к высококвалифицированным специалистам есть далеко не всегда. А выявление на ранних стадиях функциональных нарушений в голосе позволяет не допускать развитие заболеваний», — рассказала фонопед-логопед высшей квалификационной категории, ведущий специалист областного консультативно-диагностического фониатрического центра Ольга Фетисова.

Другие разработки, основанные на использовании технологий анализа голоса, почти всегда подразумевали использование датчиков, которые нужно было фиксировать на шее пациента. Недостаток таких способов — необходимость контакта врача и пациента, что может быть невозможно, например, в условиях самоизоляции. Большая часть методов имеет уязвимые места, связанные с технологией обработки сигналов. Система анализа голоса, разработанная учеными НГТУ НЭТИ, лишена этих недостатков и предполагает возможность дистанционного распознавания его характеристик и изменений в нем.

Другой областью применения системы цифровой обработки голоса может стать сфера безопасности и военного дела. При дополнительных исследованиях программа позволит делать экспертизу голоса по телефонным разговорам террористов и преступников, стать дополнительным элементом в детекторе лжи и следить за психоэмоциональным состоянием солдат.

Помимо медицины и сферы безопасности, технология может использоваться в педагогике и социальной работе. В дальнейшем ученые планируют провести ряд дополнительных исследований и увеличить число испытуемых. По словам Дарьи Боровиковой, создание такой расширенной выборки поможет скорректировать параметры системы и сделать систему диагностики более точной.

В числе ученых в проекте — сотрудники НГТУ НЭТИ, кандидат психологических наук Новосибирского государственного педуниверситета и фонопед, которая занимается исследованиями голоса и его постановкой. По словам Дарьи Боровиковой, именно благодаря коллективной работе инженеров, специалиста по работе с голосом и психолога всей команде удалось добиться таких результатов.

Основоположник научной разработки — доктор технических наук, профессор факультета радиотехники и электроники Владимир Макуха, который на протяжении более чем 10 лет занимался вопросами объективизации голосоречевых характеристик. Заслуженный работник университета скончался в июле 2019 года. Сейчас проект реализуется под руководством профессора факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ доктора медицинских наук Олега Гришина.

Видео работы «умной» программы диагностики психоэмоциональных и функциональных нарушений

Источники

В Новосибирске научились по голосу определять болезни гортани и депрессию
ВОИР (ros-voir.ru), 01/06/2020
Новосибирские ученые разработали первую в мире "умную" программу диагностики болезней гортани и депрессий по голосу
Союз машиностроителей России (soyuzmash.ru), 01/06/2020
В Новосибирске научились по голосу определять болезни гортани и депрессию
Новостной робот (ru.newsbot.press), 01/06/2020
В Новосибирске научились по голосу определять болезни гортани и депрессию
Medik Forum (medikforum.ru), 01/06/2020
Диагностировать депрессию научились по голосу
Pcnews.ru, 01/06/2020
Новосибирские ученые разработали первую в мире "умную" программу диагностики болезней гортани и депрессий по голосу
News-Life (news-life.pro), 01/06/2020
Диагностировать депрессию научились по голосу
Seldon.News (news.myseldon.com), 01/06/2020
Новосибирские ученые разработали первую в мире "умную" программу диагностики болезней гортани и депрессий по голосу
Informio.ru, 01/06/2020
Диагностировать депрессию научились по голосу
Популярная механика (popmech.ru), 01/06/2020
Диагностировать депрессию научились по голосу
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 01/06/2020
Новосибирские ученые разработали первую в мире "умную" программу диагностики болезней гортани и депрессий по голосу (видео)
Новосибирский государственный технический университет (nstu.ru), 01/06/2020
В Сибири научились диагностировать опухоли по голосу
БУ Центральная городская больница Минздрава Чувашии (cheb-cgb.med.cap.ru), 02/06/2020
Ученые научились определять рак по голосу
Inforeactor.ru, 01/06/2020
Ученые научились определять рак по голосу
Seldon.News (news.myseldon.com), 01/06/2020
В России разработали первую в мире систему выявления опухоли по голосу
Liport.ru, 01/06/2020
Новосибирские ученые научились диагностировать опухоли по голосу
Planet-today.ru, 01/06/2020
В Сибири научились диагностировать опухоли по голосу
Российская газета. СФО (rg.ru), 01/06/2020
В Сибири научились диагностировать опухоли по голосу
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 01/06/2020

Похожие новости

  • 10/11/2016

    Финал XVII Поттосинской олимпиады

    ​​С 4 по 7 ноября 2016 года в Новосибирском государственном университете прошёл финал Открытой Всесибирской олимпиады по программированию им. И. В. Поттосина, которую организуют факультет информационных технологий НГУ и Институт систем информатики СО РАН при поддержке ведущих IT-компаний.
    2056
  • 17/04/2019

    В НГТУ НЭТИ состоится лекция «Применение методов биоинформатики для решения задач биомедицины»

    18 апреля в НГТУ НЭТИ состоится открытая лекция заведующего лабораторией компьютерной протеомики Института цитологии и генетики СО РАН, кандидата биологических наук, доцента Владимира Александровича Иванисенко на тему «Применение методов биоинформатики для решения задач биомедицины».
    498
  • 28/01/2020

    «Открытую лабораторную» проведут в День российской науки

    ​8 февраля состоится четвертая по счету просветительская акция «Открытая лабораторная». Каждый желающий сможет проверить свою картину мира с точки зрения передовых естественно-научных знаний. Поучаствовать в «Лабе-2020» можно будет как офлайн, так и онлайн на сайте laba.
    1239
  • 04/06/2020

    В Новосибирской области будет создан аграрный научно-образовательный центр

    Актуальные вопросы разработки необходимых мер по организации аграрного научно-образовательного центра (АгроНОЦ) в регионе, взаимодействия аграрной науки, бизнеса и агропромышленного комплекса были рассмотрены 2 июня на выездном совещании под руководством заместителя Губернатора Вячеслава Ярманова.
    343
  • 03/11/2017

    Большой этнографический диктант пройдет в Новосибирске на 10 площадках

    ​​3 ноября 2017 года – единый день проведения Всероссийской просветительской акции «Большой этнографический диктант». Диктант пройдет на десяти площадках г. Новосибирска и области:  1.
    3135
  • 12/10/2018

    21 студент новосибирских вузов отобран для подготовки по программе «Лаборатория Big Data»

    ПАО «ВымпелКом» (бренд «Билайн») объявляет о старте второго потока программы «Лаборатория Big Data» по подготовке магистрантов НГУ, НГТУ и СибГУТИ в области программирования и анализа больших данных в Новосибирске.
    938
  • 14/03/2017

    «Что и требовалось доказать»: в НГУ завершилась всероссийская контрольная по математике

    Уже в третий раз Яндекс проводит ежегодную всероссийскую контрольную по математике «Что и требовалось доказать» в России, Белоруссии, Украине, Казахстане и других странах. В Новосибирском государственном университете она прошла 11 марта.
    1702
  • 07/03/2017

    На разных площадках Новосибирска Тотальный диктант напишут более 7 тысяч человек

    Суперплощадка на тысячу человек, робот-диктатор и старые курсы о главном. Организаторы Тотального диктанта на встрече в пресс-центре ТАСС рассказали, что ждет новосибирцев на ежегодной акции по проверке грамотности.
    1938
  • 27/02/2018

    Итоги научно-практической конференции Новосибирского научного общества учащихся «Сибирь»

    ​28 февраля в 14.30 в МАУ ДО «Дворец творчества детей и учащейся молодежи «Юниор» (ул. Кирова, 44/1) состоится торжественная церемония награждения по итогам XXXVII Городской открытой научно-практической конференции Новосибирского научного общества учащихся «Сибирь».
    2753
  • 11/12/2017

    «Энергия науки» в Новосибирске

    ​Информационный центр по атомной энергии приглашает на открытые лекции биолога и научного журналиста Ирины Якутенко. 15 и 16 декабря она выступит в Новосибирске в рамках просветительского проекта сети ИЦАЭ «Энергия науки».
    1538