Nuovi dispositivi di ascolto monitorano la salute analizzando i suoni corporei
I dispositivi indossabili di uso quotidiano si stanno rivelando una svolta per l’assistenza sanitaria, grazie ai loro sensori avanzati che monitorano continuamente i parametri di salute di chi li indossa. Con la riduzione del costo dei sensori, queste tecnologie permetteranno sempre più spesso di raccogliere una serie di dati in precedenza acquisibili solo con apparecchiature mediche costose. «La disponibilità di questo tipo di dati longitudinali e dettagliati non ha precedenti nel campo del monitoraggio della salute», osserva Cecilia Mascolo(si apre in una nuova finestra) dell’Università di Cambridge(si apre in una nuova finestra), coordinatrice del progetto EAR(si apre in una nuova finestra). Il progetto EAR è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra). L’èquipe di ricerca di EAR ha sviluppato una serie di dispositivi mobili per il monitoraggio della salute basati sull’intelligenza artificiale (IA), tra cui auricolari che raccolgono informazioni fisiologiche e un’applicazione per cellulare che monitora la salute respiratoria. L’uso dell’IA per l’audio è poco sviluppato rispetto a quello per l’analisi di video e immagini, perciò i ricercatori hanno dovuto sviluppare nuove soluzioni. «La nostra soluzione è all’avanguardia nell’uso dell’intelligenza artificiale per interpretare i dati audio per il monitoraggio della salute. Usiamo set di dati esistenti e l’apprendimento per trasferimento al fine di preaddestrare i nostri modelli, o modelli preaddestrati esistenti, perfezionati per i nostri scopi grazie all’apprendimento auto-supervisionato», spiega Mascolo.
Monitorare la salute fisiologica generale
EAR ha verificato l’ipotesi che il canale uditivo possa rivelarsi una posizione ideale per uno strumento indossabile per il monitoraggio della salute. Per farlo, ha sviluppato un algoritmo in grado di sfruttare i microfoni degli auricolari per rilevare i suoni corporei associati alla salute. Per verificare la capacità degli auricolari di monitorare l’andatura degli utenti e altri aspetti fisiologici, come la respirazione e la frequenza cardiaca, un gruppo di volontari ha partecipato a una serie di attività, come sessioni di corsa e l’uso di vogatori. Attingendo ad altri set di dati più grandi, sono state usate tecniche di apprendimento automatico per addestrare un algoritmo di intelligenza artificiale che identificasse e interpretasse gli indicatori sanitari rilevanti nell’audio. «Abbiamo dimostrato che i dispositivi di ascolto possono raccogliere dati audio relativi alla salute, che si sono rivelati un riflesso prezioso della salute fisiologica. Questo è stato possibile grazie alla nostra nuova intelligenza artificiale», aggiunge Mascolo.
Monitorare la salute respiratoria
Per contribuire alla lotta contro la pandemia COVID-19, l’équipe ha voluto verificare se fosse possibile sviluppare un’applicazione per smartphone in grado di rilevare la presenza del coronavirus, usando campioni audio raccolti dal microfono del telefono. È stato così raccolto uno dei più grandi set di dati audio multimodali di suoni orali(si apre in una nuova finestra) (respirazione, tosse e parlato) tramite crowdsourcing, che è stato unito a informazioni sui test per la COVID-19, sui sintomi e sulla storia clinica dei pazienti. Oggi questo set di dati sta contribuendo ad addestrare modelli di apprendimento automatico, per prevedere le probabilità che le condizioni di una persona contagiata migliorino o peggiorino, sulla base dei campioni audio forniti regolarmente attraverso l’app. Usando i dati della COVID-19, insieme ad altri dati sanitari pubblici, l’équipe ha inoltre realizzato il primo modello respiratorio basato sull’audio, OPERA(si apre in una nuova finestra), che consente ai ricercatori di svolgere attività per le quali in passato i dati erano limitati, come la valutazione della broncopneumopatia cronica ostruttiva. «La nostra serie di dati legati alla COVID-19 non ha precedenti e continua a essere richiesta, perché questa tecnologia ha ottime potenzialità per il monitoraggio delle infezioni respiratorie e delle malattie croniche nel tempo», afferma Mascolo.
Monitoraggio longitudinale della salute su scala
Le soluzioni innovative di EAR per la salute basate sull’audio sono un metodo economico e facilmente ampliabile su scala per monitorare la salute individuale e della popolazione, e apportano un grande contributo agli obiettivi ambiziosi dell’UE in materia di salute personalizzata e preventiva. «Ora stiamo studiando come l’audio in generale, e in particolare quello proveniente dall’orecchio, possa fornire ulteriori informazioni sulla salute non ancora rilevate o costose da acquisire in altro modo», aggiunge Mascolo. Nel frattempo è stato depositato un brevetto per gli auricolari (per il monitoraggio della frequenza respiratoria) e Mascolo si è unita a una start-up che si occupa di monitorare la fisiologia con microfoni auricolari attraverso l’intelligenza artificiale.
