Для родителей плач ребенка — сигнал голода, боли или дискомфорта. Но для ученых тонкие акустические особенности крика, многие из которых не воспринимаются человеческим ухом, могут содержать важную информацию о здоровье ребенка.
Команда исследователей из Университета Брауна и Госпиталя для женщин и младенцев в Род-Айленде разработала новый компьютерный инструмент для выполнения точно настроенного акустического анализа детского плача. Команда надеется, что их анализатор детского плача откроет перед исследователями и клиницистами новые способы использования плача для выявления детей с неврологическими проблемами или нарушениями развития.
«Существует множество условий, которые могут проявляться в различиях в акустике крика», — сказал Стивен Шейнкопф, доцент кафедры психиатрии и человеческого поведения в Brown, который участвовал в разработке нового инструмента. "Например, младенцы с родовой травмой или черепно-мозговой травмой в результате осложнений во время беременности или родов или крайне недоношенные младенцы могут иметь постоянные медицинские последствия. Анализ крика может быть неинвазивным способом измерения этих нарушений в нейробиологической и нейроповеденческой системах у очень маленьких детей."
Новый анализатор является результатом двухлетнего сотрудничества между профессорско-преподавательским составом Инженерной школы Брауна и преподавательским составом в больнице для женщин и младенцев. Документ с описанием инструмента находится в печати в Journal of Speech, Language and Hearing Research.
Система работает в два этапа. На первом этапе анализатор разделяет записанные крики на 12.5-миллисекундные кадры. Каждый кадр анализируется по нескольким параметрам, включая частотные характеристики, озвучивание и акустическую громкость.
На втором этапе используются данные из первого, чтобы дать более широкое представление о крике и сократить количество параметров до наиболее полезных. Кадры собираются вместе и характеризуются либо высказыванием — одиночным «вау», либо тишиной, паузой между высказываниями. Более длинные высказывания отделяются от более коротких и записывается время между высказываниями. Высота звука, включая контур высоты звука во времени, и другие переменные затем могут быть усреднены по каждому высказыванию.
В итоге система оценивает 80 различных параметров, каждый из которых может содержать информацию о здоровье ребенка.
«Это универсальный инструмент, позволяющий извлечь из детского плача столько важных вещей, сколько мы можем», — сказал Харви Сильверман, профессор инженерных наук и директор Лаборатории Брауна для инженерных систем человек / машин.
Чтобы понять, какие важные вещи нужно искать, Сильверман и его аспиранты Брайан Реджаннини и Сяохуэ Ли тесно сотрудничали с Шейнкопфом и Барри Лестером, директором Центра Брауна по изучению детей из группы риска.
«Мы смотрели на них как на экспертов по видам сигналов, которые мы могли бы захотеть получить, — сказал Сильверман, — и мы, инженеры, были экспертами в том, что мы могли бы реально реализовать и какие методы это сделать. Так что совместная работа сработала достаточно хорошо."
Лестер, который годами изучал детский крик, говорит, что это направление исследований восходит к 1960-м годам и заболеванию, называемому синдромом крича.
Cri du chat (кошачий крик) вызван генетической аномалией, похожей на синдром Дауна. Младенцы, у которых это есть, издают отчетливый пронзительный крик. В то время как Cri du chat безошибочно узнать даже без чувствительного оборудования, Лестер и другие задались вопросом, могут ли более тонкие различия в плаче также быть показателями здоровья ребенка.
«Идея в том, что плач может быть окном в мозг», — сказал Лестер.
Если неврологический дефицит изменяет способ, которым младенцы могут управлять своими голосовыми связками, эти крошечные различия могут проявиться в различиях в высоте тона и других акустических характеристиках.
Лестер опубликовал несколько работ, показывающих, что различия в плаче связаны с проблемами со здоровьем, вызванными недоеданием, пренатальным воздействием лекарств и другими рисками.
«Плач — это ранний предупреждающий знак, который можно использовать в контексте взгляда на ребенка целиком», — сказал Лестер.
Однако инструменты, использованные в этих ранних исследованиях, примитивны по сегодняшним меркам, сказал Лестер. В ранних работах записанные крики преобразовывались в спектрограммы, визуальные показания изменения высоты звука с течением времени.
Затем специалисты-исследователи вручную прочитали и закодировали каждую спектрограмму. Более поздние системы несколько автоматизировали этот процесс, но исследования по-прежнему были медленными и громоздкими.
Этот новый автоматический анализатор позволяет исследователям гораздо быстрее и более детально оценивать крики. Команда Брауна планирует сделать его доступным для исследователей по всему миру в надежде на развитие новых направлений критических исследований.
Шейнкопф, специализирующийся на нарушениях развития, планирует использовать этот инструмент для поиска признаков плача, которые могут коррелировать с аутизмом.
«Мы давно знаем, что пожилые люди с аутизмом издают необычные или нетипичные звуки или вокализации», — сказал Шейнкопф. "Таким образом, вокализация у младенцев обсуждалась как полезная при разработке инструментов раннего выявления аутизма. Это было серьезной проблемой.
Как обнаружить признаки аутизма в младенчестве?"
Ответ можно было закодировать в крике.
«Раннее выявление нарушений развития имеет решающее значение», — добавил Лестер. "Это может привести к пониманию причин этих расстройств и вмешательствам для предотвращения или уменьшения серьезности нарушений."
Работа поддержана Национальным институтом здравоохранения и Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств (грант 5-R21 DC010925-02).