صدای شما اهمیت دارد: استفاده از گفتار برای پایش بیماری هانتینگتون

پیشرفت بیماری در هانتینگتون در حال حاضر عمدتاً از طریق آزمایش‌هایی که توسط پزشکان نمره‌گذاری می‌شوند، تصویربرداری عصبی و اندازه‌گیری‌های انجام شده در خون یا مایع نخاعی پایش می‌شود. اما گروهی از محققان فرانسوی اخیراً دستگاهی خودکار توسعه داده‌اند که می‌تواند با تحلیل گفتار یک فرد در حین انجام یک وظیفه شمارش ساده، میزان پیشرفت بیماری هانتینگتون را تخمین بزند.

به طرز چشمگیری، معیارهای تولید گفتار می‌توانست نتایج ارزیابی‌های بالینی در افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون را به دقت پیش‌بینی کند و تغییرات را در طول زمان با موفقیت ردیابی نماید. این یافته‌ها نشان می‌دهد که تحلیل صدا ممکن است ابزاری امیدوارکننده، غیرتهاجمی و واقعی برای ردیابی پیشرفت بیماری باشد. ابزارهایی مانند این می‌توانند روزی امکان پایش وضعیت خود را با استفاده از تلفن هوشمند برای افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون فراهم کنند، که نیاز به مراجعات مکرر به کلینیک را کاهش داده، هزینه‌های مراقبت‌های بهداشتی را پایین آورده و به پزشکان کمک می‌کند تا مراقبت‌های شخصی‌سازی‌شده‌تری ارائه دهند.

صدای هر کس منحصر به فرد است

صدای ما یک ویژگی فردی است – هیچ دو نفری دقیقاً شبیه هم صدا نمی‌دهند. برخی صداها بسیار قابل تشخیص هستند. خوانندگانی که از دوران قبل از تلفن‌های همراه و کالر آیدی (Caller ID) به یاد دارند، گوشی تلفن ثابت را برمی‌داشتند و صدای دوستشان را در آن سوی خط تشخیص می‌دادند. خوانندگان جوان‌تر ممکن است بازیگر مورد علاقه خود را در پشت یک شخصیت کارتونی، یا لحن دلنشین تیلور سوئیفت را در رادیو تشخیص دهند. عوامل بسیاری صدای هر فرد را منحصر به فرد می‌کنند. این عوامل شامل شکل تارهای صوتی، اندازه گلو، دهان، زبان و حفره‌های سینوسی و نحوه بازتاب صدا در سر و گردن فرد است. نحوه صحبت کردن شما نیز تحت تأثیر سن، سلامتی، لهجه محلی و سبک شخصی صحبت کردن شما قرار دارد.

چرا انسان‌ها می‌توانند صحبت کنند، اما حیوانات نه؟

خوشحالم که پرسیدید. صدای انسان، آن‌طور که ما می‌شناسیم، مانند یک ساز بادی است که به سه چیز اصلی متکی است: صدا، رزونانس و بیان. صدا از تارهای صوتی می‌آید. تارهای صوتی شما دو نوار انعطاف‌پذیر V شکل از بافت عضلانی و غشاهای مخاطی در داخل حنجره هستند که بیشتر به عنوان «جعبه صدا» شناخته می‌شود و در وسط گردن شما قرار دارد. در طول تنفس عادی، تارهای صوتی شما کاملاً باز می‌مانند تا هوا بتواند وارد ریه‌های شما شود. اما وقتی صحبت می‌کنید، مغز شما به عضلات جعبه صدا سیگنال می‌دهد تا تارها را ببندند و باعث ارتعاش آن‌ها شده و بدین ترتیب امواج صوتی صدای شما را ایجاد کنند. این صداها توسط رزوناتورها، گلو، حفره دهان و مجاری بینی تغییر می‌یابند که صدای قابل تشخیص یک فرد را تولید می‌کنند. در نهایت، زبان، کام نرم و لب‌ها مفصل‌کننده‌ها در نظر گرفته می‌شوند که صدای تولید شده را تغییر می‌دهند و برای بیان واکه‌ها در مقابل همخوان‌ها مهم هستند.

پستانداران، خزندگان و حتی دوزیستان نیز آناتومی تارهای صوتی مشابه انسان دارند. این حیوانات با استفاده از صداها و نویزهایی مانند پارس، غرش یا جیغ با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، اما فقط انسان‌ها می‌توانند کلمات را بیان کنند. این به دلیل کنترل عصبی مستقیم جعبه صدا، زبان و لب‌ها و نواحی قشر مغز تخصصی است که امکان کنترل آگاهانه بر صداهای ما را فراهم می‌کند، نه صداهای غریزی. محققان این ارتباطات عصبی را برای درک چگونگی کنترل گفتار و زبان توسط مغز و چگونگی بروز اختلال در آن در حالت‌های بیماری مطالعه می‌کنند.

عوارض گفتاری در بیماری هانتینگتون

صحبت کردن شامل توانایی‌های حرکتی پیچیده، کنترل شناختی و برنامه‌ریزی در سطوح مختلف است، بنابراین احتمالاً تعجب‌آور نیست که مشکلات گفتاری در افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون علامت‌دار برای دهه‌ها مستند شده است. مطالعات اولیه نشان داد که افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون سرعت گفتار کندتری داشتند، برای بیان کلمات زمان بیشتری صرف می‌کردند و سکوت‌های بیشتری بین و درون کلمات تولید می‌کردند، در مقایسه با افراد سالم. تغییرات خاص همچنین شامل افزایش زیر و بمی یا خشونت صدا و کاهش هماهنگی زبان و لب‌ها است که بیان کلمات را دشوارتر می‌کند. جالب توجه است که برخی گزارش‌ها نیز نشان داده‌اند که نقص‌های گفتاری ممکن است قبل از شروع اولین علائم حرکتی آشکار ظاهر شوند. از این رو، تصور می‌شود که ردیابی تغییرات در گفتار ممکن است یک نشانگر ارزشمند برای شروع و پیشرفت بیماری باشد.

صدای شما به عنوان یک نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند.

«نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند.» یا بیومارکر، به طور رسمی به عنوان یک ویژگی تعریف می‌شود که به طور عینی کمی‌سازی و ارزیابی می‌شود و به عنوان شاخصی از یک فرآیند بیولوژیکی طبیعی، وضعیت بیماری یا پاسخ به یک مداخله عمل می‌کند. به زبان ساده، چیزی است که می‌توانید به طور ملموس اندازه‌گیری کنید و اطلاعاتی درباره آنچه در بدن به دلیل بیماری یا در پاسخ به درمان اتفاق می‌افتد، ارائه می‌دهد. نشانگرهای زیستی نقش حیاتی در جنبه‌های متعدد مراقبت از بیماری هانتینگتون و توسعه دارو ایفا می‌کنند. مهم‌تر از همه، می‌توان از آن‌ها برای ارزیابی شروع بیماری، پایش پیشرفت بیماری یا تعیین میزان اثربخشی یک درمان جدید استفاده کرد. در حال حاضر، رایج‌ترین نشانگرهای زیستی برای بیماری هانتینگتون شامل پروتئین‌هایی هستند که می‌توانند در مایع مغزی نخاعیمایع مغزی نخاعی مایع شفافی که توسط مغز تولید می شود و مغز و نخاع را احاطه کرده و از آنها محافظت می کند (مانند نوروفیلامنت سبک [NfLNfL بیومارکر سلامت مغز] و پروتئین هانتینگتینپروتئین هانتینگتین پروتئین تولید شده توسط ژن هانتینگتون [HTT]) اندازه‌گیری شوند، یا نشانگرهای زیستی تصویربرداری مغزی (مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی [MRI]) که حجم مغز را تعیین می‌کنند.

اما به جای نمونه‌برداری تهاجمی از مایع نخاعی یا تصویربرداری عصبی گران‌قیمت، آیا عالی نخواهد بود که یک راه آسان و غیرتهاجمی برای ردیابی علائم بیماری یا نحوه عملکرد یک داروی کارآزمایی بالینیکارآزمایی بالینی آزمایش‌هایی با برنامه‌ریزی بسیار دقیق برای پاسخ به سؤالاتی خاص که در مورد چگونگی تأثیر دارو بر انسان طراحی شده‌اند، به طور منظم و احتمالاً از راه دور داشته باشیم؟ مطالعات اخیر نشان می‌دهد که این امر ممکن است!

پیش‌بینی نمرات بالینی با یک آزمایش گفتاری کوتاه

یک ویزیت استاندارد نزد متخصص مغز و اعصاب برای فردی مبتلا به بیماری هانتینگتون شامل طیف وسیعی از ارزیابی‌های عملکرد حرکتی، شناختی و عملکردی خواهد بود. از این نمرات بالینی، پزشکان مقیاس رتبه‌بندی یکپارچه بیماری هانتینگتون (cUHDRS) را توسعه داده‌اند که ویژگی‌های علائم حرکتی، شناختی و عملکردی را در یک واحد ترکیب می‌کند. cUHDRS یک روش پذیرفته‌شده گسترده برای ردیابی پیشرفت بیماری هانتینگتون است و معمولاً به عنوان یک نقطه پایانی در کارآزمایی‌های بالینی بیماری هانتینگتون استفاده می‌شود. اما مانند هر آزمایشی برای ردیابی بیماری هانتینگتون، معایبی نیز وجود دارد: این ارزیابی اغلب فقط سالی یک بار انجام می‌شود، برای ثبت تغییرات با حساسیت بالا طراحی نشده است، و نتایج می‌تواند بر اساس اینکه چه کسی آن را انجام می‌دهد متفاوت باشد. بیماری هانتینگتون، به هر حال، به طرز فوق‌العاده‌ای پیچیده است.

در مطالعات پیشرفته‌ای که در سال ۲۰۲۲ منتشر شد، تیمی به سرپرستی آن-کاترین باخود-لوی ۱۸۱ حامل ژن بیماری هانتینگتون را از سه گروه آینده‌نگر فرانسوی برای ارائه ضبط‌های گفتاری ساده استخدام کردند. این ضبط‌ها شامل شمارش اعداد ۱ تا ۲۰ به جلو و سپس به عقب در کمتر از ۴۵ ثانیه بود. شمارش معکوس در واقع بسیار دشوارتر است و حافظه کاری، تمرکز و توجه بیشتری را درگیر می‌کند، بنابراین این یک افزودنی مهم به مطالعه بود. نتایج نشان داد که ویژگی‌های گفتاری خاصی می‌توانند علائم بالینی اصلی اندازه‌گیری شده توسط cUHDRS را پیش‌بینی کنند. علاوه بر این، داده‌های تصویربرداری MRI نشان داد که وخامت گفتار به نظر می‌رسد با آسیب به استریاتوم، بخشی از مغز که بیشترین تأثیر را از بیماری هانتینگتون می‌پذیرد، مرتبط است.

آنچه مطالعه جدید نشان داد

بر اساس این مطالعه قبلی، تیم باخود-لوی اخیراً ابزاری به نام xHD-Vox (x برای eXplainable، HD برای بیماری هانتینگتون و Vox برای صدا) را برای ردیابی و تحلیل ضبط‌های صوتی توسعه دادند. آن‌ها ابتدا ضبط‌های گفتاری را با استفاده از «Whisper»، یک سیستم تشخیص گفتار خودکار – بله، هوش مصنوعی (AI) – خودکار کردند. Whisper توسط OpenAI، همان شرکتی که ChatGPT را توسعه داد، ایجاد شد.

مانند هر ابزار مبتنی بر هوش مصنوعی، xHD-Vox باید با داده‌ها و دستورالعمل‌های انسانی برنامه‌ریزی و آموزش داده می‌شد. در این مورد، آسیب‌شناسان گفتار به ضبط‌های صوتی افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون که از ۱ تا ۲۰ به جلو و عقب می‌شمردند گوش داده بودند و ویژگی‌های گفتار و صداهای آن‌ها را به صورت دستی علامت‌گذاری یا برچسب‌گذاری می‌کردند. تیم باخود-لوی از این داده‌ها برای آموزش xHD-Vox استفاده کرد تا ویژگی‌های گفتار را شناسایی و دسته‌بندی کند، و xHD-Vox مجموعه‌ای از ویژگی‌های مهم را استخراج کرد. این شامل نقص در بیان و صدا، تغییرات در ریتم و سرعت شمارش، و همچنین مکث‌ها، افزودن صداهای اضافی و خطاهای توالی اعداد بود. بنابراین اساساً، آن‌ها در حال آموزش دستگاه کامپیوتری بودند تا ضبط‌های گفتاری بیماران را بدون نیاز به ارزیاب انسانی، رتبه‌بندی و ارزیابی کند.

سپس نویسندگان نشان دادند که ویژگی‌های صوتی رتبه‌بندی شده توسط کامپیوتر به شدت با عملکرد در آزمایش‌های بالینی، به ویژه cUHDRS که استاندارد طلایی است، همبستگی دارد و اساساً آن را به یک «نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند.» دیجیتال تبدیل می‌کند. این یک گام حیاتی بود، زیرا به نویسندگان اطمینان بیشتری داد که این آزمایش صوتی به دقت زیست‌شناسی زمینه‌ای بیماری هانتینگتون را منعکس می‌کند.

در بخش بعدی مطالعه، محققان آزمایش کردند که xHD-Vox چقدر می‌تواند پیشرفت بیماری هانتینگتون را در یک بازه زمانی ۲ ساله ردیابی کند. آنچه آن‌ها یافتند این بود که xHD-Vox می‌توانست کاهش علائم بیماری هانتینگتون را به روشی مشابه آنچه پزشکان می‌توانستند با استفاده از نمرات بالینی پیش‌بینی کنند، پیش‌بینی کند. یک بخش بسیار هیجان‌انگیز این مطالعه این است که مدل آن‌ها می‌تواند در برنامه‌های موبایل پیاده‌سازی شود که می‌توانند در تلفن هوشمند یک فرد برای پایش از راه دور صدای خود در طول زمان استفاده شوند.

گام‌های بعدی چیست؟

استفاده از هوش مصنوعی به این شیوه پیشگامانه است. با این حال، xHD-Vox هنوز آماده استفاده گسترده نیست. قبل از اینکه بتوان آن را برای استفاده گسترده در نظر گرفت، مهم خواهد بود که xHD-Vox را در جمعیت‌های اضافی از افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون آزمایش کرد و ضبط‌های صوتی واقعی را با استفاده از تلفن‌های همراه آزمایش کرد. با در نظر گرفتن این موضوع، محققان قبلاً یک نمونه اولیه اندروید از xHD-Vox را برای بررسی پتانسیل آن برای استقرار موبایل و پایش از راه دور توسعه داده‌اند. این چیزی نیست که در فروشگاه برنامه خود پیدا کنید، اما در حال حاضر به صورت آزمایشی در حال آزمایش است.

علاوه بر این، این دستگاه باید در زبان‌های دیگر، به جز انگلیسی، آزمایش شود. یک نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. واقعاً مؤثر باید در سطح جهانی قابل دسترس باشد. تنها یک مطالعه تحلیل صدای چندزبانه در بیماری هانتینگتون (فهد و همکاران) وجود داشته است که بر وظایف خواندن تمرکز داشت، و این مطالعه نشان داد که ویژگی‌های خواندن وابسته به زبان هستند. با پشتیبانی Whisper از ۹۶ زبان، محققان معتقدند که تطبیق xHD-Vox با یک زبان جدید آسان و کارآمد خواهد بود زیرا شامل شمارش اعداد در مقابل خواندن کلمات است.

با این وجود، این کار گام مهمی رو به جلو در پزشکی از راه دور برای پایش بیماری هانتینگتون است، با پتانسیل تشخیص پیشرفت بیماری. این می‌تواند به ویژه در مناطقی با دسترسی محدود به خدمات پزشکی یا جوامع روستایی مهم باشد.

خلاصه:

• گفتار انسان به هماهنگی دقیق بین مغز، تارهای صوتی، زبان و لب‌ها بستگی دارد.
• دانشمندان این ارتباطات را برای درک چگونگی تولید گفتار توسط مغز – و چگونگی تغییر این فرآیند در بیماری‌هایی مانند بیماری هانتینگتون – مطالعه می‌کنند.
• افراد مبتلا به بیماری هانتینگتون ممکن است آهسته‌تر صحبت کنند، بیشتر مکث کنند، یا در هماهنگی صداهای لازم برای گفتار واضح مشکل داشته باشند.
• محققان xHD-Vox را توسعه دادند، ابزاری مبتنی بر هوش مصنوعی که گفتار را در طول یک وظیفه شمارش ساده تحلیل می‌کند.
• ویژگی‌های گفتاری اندازه‌گیری شده توسط xHD-Vox منعکس‌کننده ارزیابی‌های بالینی بود و تغییرات در بیماری هانتینگتون را در طول دو سال ردیابی کرد.
• با آزمایش‌های بیشتر، تحلیل صدا می‌تواند راهی ساده و غیرتهاجمی برای پایش از راه دور بیماری هانتینگتون ارائه دهد.