El seguimiento de la tos asistido por IA podría ayudar a detectar la próxima pandemia
ARRIBA: ISTOCK.COM,ERGIN YALCIN
Cuando Joe Brew trabajó para el Departamento de Salud de Florida como epidemiólogo durante dos años a partir de 2013, ayudó con la vigilancia sindrómica, lo que significa que tenía el arduo trabajo de revisar los síntomas de los pacientes que llegaban a los departamentos de emergencia de todo el estado. El objetivo de dicho trabajo: detectar un pico anormal de síntomas en un área que pueda indicar que existe un problema de salud pública.
Las autoridades de salud pública de todo el mundo continúan utilizando este tipo de vigilancia. El brote de un nuevo patógeno en Wuhan, China, a finales de 2019, por ejemplo, fue detectado en parte por un gran aumento de pacientes que acudían al hospital con síntomas de una infección respiratoria de etiología desconocida. Pero Brew dice que este sistema no previene la transmisión de un virus como el SARS-CoV-2 porque, cuando los pacientes llegan al hospital, es probable que ya hayan sido infecciosos durante unos días. Las pruebas de COVID-19 tampoco suelen arrojar un resultado a tiempo para que los pacientes se aíslen adecuadamente mientras son infecciosos.
Esta comprensión llevó a Brew a recurrir a un dispositivo que miles de millones tienen en sus bolsillos, un teléfono inteligente, para brindar servicios de salud pública. autoridades con datos sintomáticos de la comunidad en tiempo real. Brew y varios colegas fundaron Hyfe, una aplicación telefónica gratuita que utiliza inteligencia artificial para detectar y rastrear la tos de los usuarios, un sello distintivo de muchas afecciones respiratorias, incluido el COVID-19.
La tos ha sido durante mucho tiempo un síntoma que los médicos registran, sin embargo, el método para monitorearla generalmente se limita a un autoinforme durante una visita a la clínica.
La forma en que vence al COVID es actuar rápido y adelantarse, dice Brew, quien ahora es el director ejecutivo de Hyfe. Esos lugares que identificaron muy rápidamente grupos y brotes pudieron cerrar las cosas y básicamente controlar la pandemia incluso sin una vacuna.
Las personas que sienten curiosidad por controlar sus tendencias de frecuencia de tos, por ejemplo, si tienen un problema respiratorio condición o desea compartir estos datos con sus seres queridos o profesionales médicos, puede descargar Hyfe en sus teléfonos inteligentes. Cuando la aplicación escucha un ruido fuerte y abrupto, como una tos, captura ese fragmento de sonido de aproximadamente medio segundo y lo convierte en una imagen tridimensional llamada espectrograma que representa el tono y la intensidad del sonido a lo largo del tiempo. Luego, el espectrograma se procesa a través de un algoritmo de aprendizaje automático conocido como red neuronal convolucional, que ha sido entrenado en un conjunto de datos de más de 270,000 sonidos (tos, risa, gruñidos, eructos o un tenedor golpeando un plato, por ejemplo) que dos oyentes humanos han etiquetados como tos o no tos que ayudan al algoritmo a determinar si el ruido abrupto era, de hecho, una tos. La aplicación también aprende la tos única de un individuo, por lo que si la aplicación detecta la tos de otra persona que se desvía significativamente de sus toses anteriores, no la registrará.
Brew y un equipo de científicos pretenden llevar este concepto al campo para ver si pueden detectar un brote de un patógeno respiratorio infeccioso. Su proyecto piloto examinará los datos de tos a nivel comunitario en un pequeño municipio en las afueras de Pamplona, España.
Un espectrograma, que es una representación visual de la frecuencia e intensidad del audio a lo largo del tiempo, que muestra un arquetípico tos. Hyfe convierte fragmentos de usuarios sospechosos de tos en estas imágenes y los procesa a través de un algoritmo de aprendizaje automático para determinar si el sonido es una tos. El epidemiólogo de Salud Global Carlos Chaccour, quien dirige el estudio, le dice a The Scientist. Pero hasta ahora, no se ha seguido la perspectiva de la comunidad.
Si bien Brew admite que podría haber muchas causas de enfermedades no infecciosas para la tos, el asma, las alergias, los humos de la cocina, por nombrar algunas, dice que la falta de de especificidad es una característica, no un error. En el caso de la vigilancia de aguas residuales, que es otra herramienta que usan los funcionarios de salud pública para detectar y monitorear indirectamente la propagación de enfermedades infecciosas, ya estás buscando el virus y ya estás en una situación epidémica, dice, mientras que Hyfe podría, en teoría, detectar un brote sorpresa de una nueva enfermedad antes de que progrese hasta ese punto.
Lo mejor de este control de la tos es que será pasivo, el paciente no tendrá que hacer nada.
Alyn Morice, Escuela de Medicina de Hull York
Chaccour y su equipo han inscrito a más de 60 personas en la comunidad hasta el momento y apuntan a que hasta 500 prueben el concepto. Como parte del estudio, los participantes otorgan a los investigadores acceso a sus registros hospitalarios y a sus datos de Hyfe para determinar si un aumento del nivel de tos inicial entre los participantes se correlaciona con más diagnósticos de afecciones respiratorias, incluida la COVID-19.</p
Si Hyfe puede demostrar con éxito que su detección de una mayor incidencia de tos en la comunidad precede a más diagnósticos respiratorios en la clínica, dice Chaccour, prevé que los usuarios podrían ver un mapa de calor de datos anónimos que muestran qué comunidades tienen la mayor prevalencia de toser es una herramienta que podría ser útil para los funcionarios de salud pública, pero también para las personas que esperan comprender el riesgo de infección en una comunidad.
Una oportunidad perdida
La tos ha sido durante mucho tiempo un síntoma que los médicos registro, sin embargo, el método para monitorearlo generalmente se limita a un autoinforme durante una visita a la clínica. Investigaciones anteriores sugieren que los pacientes a menudo no informan cuánto tosen, lo que ha llevado a epidemiólogos como Brew a pensar que existe un potencial sin explotar en el uso de datos de tos.
Alyn Morice, directora de medicina respiratoria en Hull York Medical School en el Reino Unido y se especializa en el diagnóstico y tratamiento de la tos, dice que los pacientes que responden a los cuestionarios son totalmente poco confiables. Incluso ha visto a pacientes fabricar datos de medidores de flujo máximo, dispositivos portátiles que los pacientes usan en casa para medir la eficiencia con la que el aire fluye a través de sus pulmones.
Lo mejor de este control de la tos es que será pasivo, el paciente en realidad no lo hará. tiene que hacer cualquier cosa, dice.
El experto en enfermedades infecciosas de la Universidad de Washington, Peter Small, que ha asesorado a Hyfe y proporcionó financiación inicial a la empresa cuando era director sénior de tecnologías sanitarias globales en Global Good, le dice a The Scientist que es optimista sobre esta nueva frontera de la tecnología, particularmente en el contexto de la erradicación de la tuberculosis. Los pacientes buscan atención muy tarde en la enfermedad y parte de eso se debe a que nosotros, como sociedad, tendemos a ignorar la tos en los adultos, dice.
Con la ayuda del seguimiento de la tos asistido por IA, él visualiza un mundo en el que los usuarios que han estado tosiendo a un ritmo más alto de lo normal durante, digamos, dos semanas, recibirían un mensaje de texto notificándoles sus síntomas con instrucciones para llegar a una clínica pública que pueda hacerles una prueba de tuberculosis.
Incluso en pacientes con un diagnóstico de TB confirmado, dice Small, la tecnología podría mostrar el progreso de la recuperación de los pacientes. He estado cerca de muchos pacientes con tuberculosis y es un diagnóstico muy desconcertante, dice. Aunque casi siempre es curable, es psicológicamente difícil para los pacientes, y tener evidencia objetiva de que su tos está mejorando puede ayudarlos con el ánimo.
Contar la tos hubiera sido interesante en 1990, pero correcto ahora tenemos unos cinco mil millones de humanos que llevan un micrófono con ellos en todo momento todos los días, en todas partes.
Joe Brew, Hyfe
El grupo Hyfe no es el único que trabaja para integrar la tos en un herramienta eficaz de salud pública. Morice, por ejemplo, desarrolló un sistema de alerta utilizando el seguimiento de la tos a través de un monitor externo que los usuarios usan alrededor del cuello para detectar episodios graves de exacerbaciones inminentes de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) que a menudo pueden conducir a la hospitalización. Su equipo de investigación detectó el 45 por ciento de estos brotes un promedio de cuatro días antes del diagnóstico, según los datos que presentaron en la conferencia virtual de la Sociedad Respiratoria Europea de este año. Con una intervención temprana, los pacientes que toman esteroides o broncodilatadores pueden prevenir o disminuir la gravedad de estas exacerbaciones, dice Morice.
Si puede evitar los ingresos hospitalarios en estas personas, es mucho mejor para el paciente, pero también mucho mejor para la economía de la salud porque [tratar la] exacerbación es algo costoso, dice.
Un grupo del MIT intentó desarrollar una herramienta para determinar si es posible identificar una tos específica de COVID-19. Los investigadores procesaron más de 70 000 muestras de audio de tos forzada, de las cuales 2660 fueron enviadas por personas con COVID-19, a través de un algoritmo de aprendizaje automático que, según afirman, identifica con precisión el 98,5 % de las toses de personas a las que se les confirmó que tenían COVID-19. incluido el 100 por ciento de toses forzadas de aquellos que eran asintomáticos, según su artículo publicado en octubre en IEEE Journal of Engineering in Medicine and Biology.
En otros esfuerzos, los investigadores están solicitando a personas sanas e infectadas con COVID-19 que ayuden a entrenar sus modelos de IA para permitir que los usuarios comprendan si tienen el virus en función de su tos. Estos proyectos incluyen una iniciativa financiada por la Fundación Bill y Melinda Gates, Cough Against Covid, en el Instituto Wadhwani de Inteligencia Artificial en Mumbai, el proyecto Sonidos COVID-19 de la Universidad de Cambridge y el proyecto Coughvid en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana.
Morice sigue siendo escéptico con las aplicaciones que afirman que pueden diagnosticar la tos de los usuarios: francamente, no les creo. Puedes distinguir una tos húmeda de una tos seca, pero eso es todo por los sonidos de la tos. Varios coautores del estudio del MIT rechazaron las solicitudes de una entrevista para discutir su trabajo.
Brew dice que no solo quiere comprender mejor la firma acústica de diferentes dolencias, sino también rastrear el patrón diurno de las personas con tos con COVID -19, por ejemplo, tiende a toser más durante cierta parte del día o de la noche? ¿Cuándo empiezan a toser? ¿Un cambio en la frecuencia de la tos indica un pronóstico determinado? pregunta Brew. Estas son preguntas súper básicas para las que nadie sabe realmente [la respuesta] en este momento.
Preocupaciones de privacidad de la grabación de audio
Más de 40 países y 21 estados y territorios de EE. aplicaciones COVID-19 patrocinadas por el estado que ayudan a los rastreadores de contactos a detener la propagación del virus. A pesar de la promesa de estas aplicaciones, pocas personas en los EE. UU. las han descargado, en parte porque a los usuarios les preocupa entregar su historial de ubicación detallado a su gobierno, dice Chaccour.
Cualquier aplicación que controle la tos también solicitar permiso para grabar audio a través de los teléfonos inteligentes de los usuarios y, en el caso de Hyfes, rastrear su ubicación para medir la tos a nivel comunitario. Brew dice que espera asegurar a los usuarios que la aplicación solo grabará fragmentos de aproximadamente medio segundo después de un ruido abrupto. Aún así, dice que cree que se debe ofrecer algún valor al usuario. Una idea es diseñar un tablero de datos personales de los usuarios similar a lo que hace Fitbit con el conteo de pasos. A nadie le importaba el conteo de pasos hace 15 años hasta que Fitbit lo puso de moda, dice.
Para Chaccour, si la tecnología resulta útil, el objetivo final no es proporcionarla a los gobiernos, sino quizás a terceros. empresas como Apple o Google, que pueden integrarlo en el sistema operativo de sus teléfonos. Ha notado que en España, las personas no confían mucho en la aplicación COVID-19 oficial del gobierno, pero no les importa que sus teléfonos escuchen a los usuarios para llamar al asistente de voz o rastrear cuánto han dormido.
Brew dice que él cree que el momento presente es una oportunidad perfecta para implementar la tecnología. A la gente le importa la salud pública y contar la tos hubiera sido interesante en 1990, pero ahora mismo tenemos unos cinco mil millones de humanos que llevan consigo un micrófono en todo momento todos los días, en todas partes.
Corrección (diciembre 9): el artículo se actualizó para señalar las relaciones de Peter Small con Hyfe. El científico lamenta el error.