Sembri malato? Una nuova tecnologia di intelligenza artificiale potrebbe dire se si tratta di COVID

Di Bill Stieg

19 settembre 2022 -- Immaginate questo: Pensate di avere la COVID. Pronunciate un paio di frasi nel vostro telefono. Un'app vi fornisce risultati affidabili in meno di un minuto.

"Sembri malato" è quello che noi umani potremmo dire a un amico. L'intelligenza artificiale, o IA, potrebbe portare questa frase a nuove frontiere, analizzando la voce per individuare un'infezione da COVID.

Secondo i ricercatori, un'applicazione semplice e poco costosa potrebbe essere utilizzata nei Paesi a basso reddito o per controllare le folle ai concerti e ad altri grandi raduni.

È solo l'ultimo esempio di una tendenza in crescita che esplora la voce come strumento diagnostico per individuare o prevedere le malattie.

Negli ultimi dieci anni, l'analisi vocale dell'intelligenza artificiale ha dimostrato di poter aiutare a rilevare il morbo di Parkinson, il disturbo da stress post-traumatico, la demenza e le malattie cardiache. La ricerca è stata così promettente che il National Institutes of Health ha appena lanciato una nuova iniziativa per sviluppare l'IA in grado di utilizzare la voce per diagnosticare un'ampia gamma di patologie. Queste vanno da patologie respiratorie come la polmonite e la BPCO al cancro della laringe, fino all'ictus, alla SLA e a disturbi psichiatrici come la depressione e la schizofrenia. Secondo i ricercatori, il software è in grado di rilevare sfumature che l'orecchio umano non è in grado di cogliere.

Almeno una mezza dozzina di studi ha adottato questo approccio al rilevamento della COVID. Nel più recente, i ricercatori dell'Università di Maastricht, nei Paesi Bassi, riferiscono che il loro modello di intelligenza artificiale è stato accurato nell'89% dei casi, rispetto a una media del 56% per i vari test di flusso laterale. Il test vocale è stato anche più accurato nel rilevare l'infezione nelle persone che non presentano sintomi.

C'è un problema: I test a flusso laterale mostrano falsi positivi in meno dell'1% dei casi, rispetto al 17% del test vocale. Tuttavia, dal momento che il test è "virtualmente gratuito", sarebbe comunque pratico far fare ulteriori esami a chi risulta positivo, ha dichiarato il ricercatore Wafaa Aljbawi, che ha presentato i risultati preliminari al Congresso internazionale della European Respiratory Society a Barcellona, in Spagna.

"Personalmente sono entusiasta delle possibili implicazioni mediche", afferma Visara Urovi, PhD, ricercatore del progetto e professore associato presso l'Institute of Data Science dell'Università di Maastricht. "Se capissimo meglio come la voce cambia in base alle diverse condizioni, potremmo potenzialmente sapere quando stiamo per ammalarci o quando è il caso di sottoporsi a ulteriori test e/o trattamenti".

Sviluppare l'intelligenza artificiale

Un'infezione da COVID può cambiare la voce. Colpisce le vie respiratorie, "provocando una mancanza di energia vocale e una perdita di voce dovuta alla mancanza di respiro e alla congestione delle vie aeree superiori", si legge nel documento preprint, che non è ancora stato sottoposto a peer review. La tosse secca tipica di un paziente COVID causa anche cambiamenti nelle corde vocali. Inoltre, ricerche precedenti hanno rilevato che la disfunzione dei polmoni e della laringe causata dalla COVID modifica le caratteristiche acustiche della voce.

Parte di ciò che rende notevole l'ultima ricerca è la dimensione del set di dati. I ricercatori hanno utilizzato una banca dati dell'Università di Cambridge che conteneva 893 campioni audio di 4.352 persone, 308 delle quali sono risultate positive alla COVID.

È possibile contribuire a questo database - tutto anonimo - tramite l'applicazione COVID-19 Sounds di Cambridge, che chiede di tossire tre volte, respirare profondamente attraverso la bocca da tre a cinque volte e leggere una breve frase per tre volte.

Per il loro studio, i ricercatori dell'Università di Maastricht "si sono concentrati solo sulle frasi pronunciate", spiega Urovi. I "parametri del segnale" dell'audio "forniscono alcune informazioni sull'energia del parlato", spiega Urovi. "Sono questi numeri che vengono utilizzati nell'algoritmo per prendere una decisione".

Gli audiofili potrebbero trovare interessante il fatto che i ricercatori abbiano utilizzato l'analisi dello spettrogramma di melodia per identificare le caratteristiche dell'onda sonora (o timbro). Gli appassionati di intelligenza artificiale noteranno che lo studio ha rilevato che la memoria a breve termine (LSTM) è il tipo di modello di intelligenza artificiale che funziona meglio. Si basa sulle reti neurali che imitano il cervello umano ed è particolarmente adatta a modellare i segnali raccolti nel tempo.

Per i non addetti ai lavori è sufficiente sapere che i progressi in questo campo possono portare a tecnologie "affidabili, efficienti, convenienti, comode e semplici da usare" per il rilevamento e la previsione delle malattie, si legge nel documento.

Il prossimo passo?

Per trasformare questa ricerca in un'applicazione significativa sarà necessaria una fase di validazione di successo, afferma Urovi. Questa "convalida esterna", ossia la verifica del funzionamento del modello con un altro insieme di suoni, può essere un processo lento.

"Una fase di validazione può richiedere anni prima che l'applicazione possa essere resa disponibile al grande pubblico", afferma Urovi.

Urovi sottolinea che, anche con l'ampio set di dati di Cambridge, "è difficile prevedere quanto questo modello possa funzionare nella popolazione generale". Se si dimostra che il test vocale funziona meglio di un test rapido dell'antigene, "le persone potrebbero preferire l'opzione non invasiva a basso costo".

"Ma sono necessarie ulteriori ricerche per capire quali caratteristiche della voce siano più utili per individuare i casi di COVID e per assicurarsi che i modelli siano in grado di distinguere la COVID da altre patologie respiratorie", si legge nel documento.

I test pre-concerto sulle app sono quindi nel nostro futuro? Dipenderà dalle analisi costi-benefici e da molte altre considerazioni, afferma Urovi.

Tuttavia, "potrebbe portare benefici se il test venisse utilizzato a supporto o in aggiunta ad altri strumenti di screening consolidati, come il test PCR".