Los signos de COVID-19 pueden estar ocultos en las señales del habla

El personal del Laboratorio Lincoln está buscando biomarcadores vocales de Covid-19 mediante el análisis de las señales del habla de personas asintomáticas. Crédito: Bryan Mastergeorge

A menudo es fácil darse cuenta cuando los colegas están luchando contra un resfriado: suenan enfermos. Tal vez sus voces son más bajas o tienen un tono nasal. Las infecciones cambian la calidad de nuestras voces de varias maneras. Pero los investigadores del Laboratorio Lincoln del MIT están detectando estos cambios en pacientes con COVID-19 incluso cuando estos cambios son demasiado sutiles para que las personas los escuchen o incluso los noten por sí mismos.

Al procesar grabaciones de voz de personas infectadas con COVID-19 pero que aún no muestran síntomas, estos investigadores encontraron evidencia de biomarcadores vocales, o indicadores medibles, de la enfermedad. Estos biomarcadores se derivan de las alteraciones que provoca la infección en el movimiento de los músculos a lo largo de los sistemas respiratorio, laríngeo y articulatorio. Una carta de tecnología que describe esta investigación se publicó recientemente en IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology.

Si bien esta investigación aún se encuentra en sus primeras etapas, los hallazgos iniciales establecen un marco para estudiar estos cambios vocales en mayor detalle. Este trabajo también puede ser prometedor para el uso de aplicaciones móviles para evaluar a las personas en busca de la enfermedad, en particular a aquellas que son asintomáticas.

Talking heads

«Tuve este momento ‘ajá’ mientras estaba viendo las noticias», dice Thomas Quatieri, miembro sénior del personal del Grupo de Sistemas de Desempeño y Salud Humana del laboratorio. Quatieri ha liderado la investigación del grupo en biomarcadores vocales durante la última década; su atención se ha centrado en descubrir biomarcadores vocales de trastornos neurológicos como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la enfermedad de Parkinson. Estas enfermedades, y muchas otras, cambian la capacidad del cerebro para convertir los pensamientos en palabras, y esos cambios pueden detectarse procesando las señales del habla.

Él y su equipo se preguntaron si también podrían existir biomarcadores vocales para COVID-19. . Los síntomas les llevaron a pensar que sí. Cuando los síntomas se manifiestan, una persona normalmente tiene dificultad para respirar. La inflamación en el sistema respiratorio afecta la intensidad con la que se exhala el aire cuando una persona habla. Este aire interactúa con cientos de otros músculos potencialmente inflamados en su viaje hacia la producción del habla. Estas interacciones afectan el volumen, el tono, la estabilidad y la resonancia de las cualidades medibles de la voz que forman la base de sus biomarcadores.

Mientras miraba las noticias, Quatieri se dio cuenta de que había muestras de habla frente a él de personas que habían dado positivo por COVID-19. Él y sus colegas buscaron en YouTube clips de celebridades o presentadores de televisión que habían dado entrevistas mientras eran positivos para COVID-19 pero asintomáticos. Identificaron cinco sujetos. Luego, descargaron entrevistas de esas personas antes de que tuvieran COVID-19, haciendo coincidir las condiciones de audio lo mejor que pudieron.

Luego usaron algoritmos para extraer características de las señales vocales en cada muestra de audio. «Estas características vocales sirven como representantes de los movimientos subyacentes de los sistemas de producción del habla», dice Tanya Talkar, Ph.D. candidato en el programa de biociencia y tecnología del habla y la audición de la Universidad de Harvard.

La amplitud de la señal, o el volumen, se extrajo como un indicador del movimiento en el sistema respiratorio. Para estudiar los movimientos en la laringe, midieron el tono y la estabilidad del tono, dos indicadores de cuán estables son las cuerdas vocales. Como representante de los movimientos del articulador, como los de la lengua, los labios, la mandíbula y más, extrajeron los formantes del habla. Los formantes del habla son medidas de frecuencia que corresponden a cómo la boca da forma a las ondas sonoras para crear una secuencia de fonemas (vocales y consonantes) y contribuir a una determinada calidad vocal (por ejemplo, nasal frente a cálida).

Supusieron que la inflamación provocada por la COVID-19 hace que los músculos de estos sistemas se acoplen demasiado, lo que da como resultado un movimiento menos complejo. «Imagine estos subsistemas del habla como si fueran la muñeca y los dedos de un pianista experto; normalmente, los movimientos son independientes y muy complejos», dice Quatieri. Ahora, imagine si los movimientos de la muñeca y los dedos se pegaran, moviéndose como uno solo. Este acoplamiento obligaría al pianista a tocar una melodía mucho más simple.

Los investigadores buscaron evidencia de acoplamiento en sus características, midiendo cómo cambiaba cada característica en relación con otra en incrementos de 10 milisegundos mientras el sujeto hablaba. Estos valores se trazaron luego en un espectro propio; la forma de este gráfico de espectro propio indica la complejidad de las señales. «Si el espacio propio de los valores forma una esfera, las señales son complejas. Si hay menos complejidad, podría verse más como un óvalo plano», dice Talkar.

Al final, encontraron una disminución complejidad del movimiento en las entrevistas de COVID-19 en comparación con las entrevistas anteriores a COVID-19. «El acoplamiento fue menos prominente entre la laringe y el movimiento del articulador, pero estamos viendo una reducción en la complejidad entre el movimiento respiratorio y de la laringe», dice Talkar.

Detecciones tempranas

Estos resultados preliminares sugieren que los biomarcadores derivados de la coordinación del sistema vocal pueden indicar la presencia de COVID-19. Sin embargo, los investigadores señalan que aún es pronto para sacar conclusiones y se necesitan más datos para validar sus hallazgos. Ahora están trabajando con un conjunto de datos publicado públicamente por la Universidad Carnegie Mellon que contiene muestras de audio de personas que dieron positivo en la prueba de COVID-19.

Más allá de recopilar más datos para impulsar esta investigación, el equipo está analizando usando aplicaciones móviles para implementarlo. Se está llevando a cabo una asociación con Satra Ghosh en el Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT para integrar la detección vocal de COVID-19 en su aplicación VoiceUp, que se desarrolló inicialmente para estudiar el vínculo entre la voz y la depresión. Un esfuerzo de seguimiento podría agregar esta proyección vocal en la aplicación How We Feel. Esta aplicación hace preguntas a los usuarios sobre su estado de salud y datos demográficos diarios, con el objetivo de utilizar estos datos para identificar puntos críticos y predecir el porcentaje de personas que tienen la enfermedad en diferentes regiones del país. Pedir a los usuarios que también envíen una nota de voz diaria para detectar biomarcadores de COVID-19 podría ayudar a los científicos a detectar un brote.

«Un sistema de detección integrado en una aplicación móvil podría detectar infecciones de manera temprana, antes de que las personas se sientan enfermas o, especialmente, para estos subgrupos de personas que nunca se sienten enfermas ni muestran síntomas», dice Jeffrey Palmer, quien dirige el grupo de investigación. «Esto también es algo en lo que el Ejército de los EE. UU. está interesado como parte de un sistema de monitoreo holístico de COVID-19». Incluso después de un diagnóstico, esta capacidad de detección podría ayudar a los médicos a monitorear de forma remota el progreso de sus pacientes o monitorear los efectos de una vacuna o tratamiento farmacológico.

A medida que el equipo continúa su investigación, planean hacer más para abordar posibles factores de confusión que podrían causar inexactitudes en sus resultados, como diferentes entornos de grabación, el estado emocional de los sujetos u otras enfermedades que causan cambios vocales. También están apoyando investigaciones similares. El Mass General Brigham Center for COVID Innovation los ha conectado con científicos internacionales que están siguiendo el marco del equipo para analizar la tos.

«Hay muchas otras áreas interesantes para observar. Aquí, observamos el impactos fisiológicos en el tracto vocal. También estamos buscando expandir nuestros biomarcadores para considerar los impactos neurofisiológicos relacionados con COVID-19, como la pérdida del gusto y el olfato», dice Quatieri. «Esos síntomas también pueden afectar el habla».

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Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Más información: Thomas Quatieri et al. Un marco para biomarcadores de COVID-19 basado en la coordinación de los subsistemas de producción del habla, IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology (2020). DOI: 10.1109/OJEMB.2020.2998051 Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.

Cita: Los signos de COVID-19 pueden estar ocultos en las señales del habla (2020, 9 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-covid -hidden-speech.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.