Διάγνωση Ψυχικών Διαταραχών Μέσω της Αξιολόγησης των Προσώπων με τη Βοήθεια του AI

Ερευνητές από τη Γερμανία έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για την αναγνώριση ψυχικών διαταραχών με βάση τις εκφράσεις του προσώπου που ερμηνεύονται από την υπολογιστική όραση.

Η νέα προσέγγιση μπορεί nicht μόνο να διακρίνει μεταξύ των ανεπηρέαστων και των επηρεασμένων ατόμων, αλλά και να διακρίνει σωστά την κατάθλιψη από τη σχιζοφρενία, καθώς και το βαθμό στον οποίο ο ασθενής επηρεάζεται目前 από την ασθένεια.

Οι ερευνητές έχουν παρέχει μια σύνθετη εικόνα που αντιπροσωπεύει την ομάδα ελέγχου για τους тестes (στα αριστερά στην εικόνα παρακάτω) και τους ασθενείς που πάσχουν από ψυχικές διαταραχές (δεξιά). Τα πρόσωπα πολλών ατόμων συνδυάζονται στις αναπαραστάσεις και καμία εικόνα δεν απεικονίζει ένα συγκεκριμένο άτομο:

Πηγή: https://arxiv.org/pdf/2208.01369.pdf

Τα άτομα με συναισθηματικές διαταραχές έχουν την τάση να έχουν υψωμένα φρύδια, βαρείς βλέμματα, οίδημα προσώπου και έκφραση στόματος που θυμίζει σκύλο. Για να προστατεύσουν την ιδιωτικότητα των ασθενών, αυτές οι σύνθετες εικόνες είναι οι μόνοι διαθέσιμοι για την υποστήριξη του νέου έργου.

Μέχρι τώρα, η αναγνώριση των συναισθηματικών εκφράσεων του προσώπου έχει χρησιμοποιηθεί κυρίως ως ένα潜在ικό εργαλείο για την αρχική διάγνωση. Η νέα προσέγγιση, αντίθετα, προσφέρει μια πιθανή μέθοδο για την αξιολόγηση της πρόοδου του ασθενούς κατά τη διάρκεια της θεραπείας, ή αλλιώς (πιθανό, αν και το έγγραφο δεν το προτείνει) στο σπίτι του για την παρακολούθηση εξωτερικών ασθενών.

Το έγγραφο αναφέρει*:

‘Πηγαίνοντας πέρα από τη μηχανική διάγνωση της κατάθλιψης στην υπολογιστική αντίληψη, η οποία έχει αναπτυχθεί σε πρώην μελέτες, δείχνουμε ότι η μετρήσιμη συναισθηματική κατάσταση που εκτιμάται με τη βοήθεια της υπολογιστικής όρασης περιέχει πολύ περισσότερες πληροφορίες από την καθαρή κατηγορική ταξινόμηση.’

Οι ερευνητές έχουν ονομάσει αυτή τη τεχνική Οπτοηλεκτρονική Εγκεφαλογραφία (OEG), μια完全 παθητική μέθοδο για την ανίχνευση της ψυχικής κατάστασης μέσω της ανάλυσης εικόνας του προσώπου αντί για τοπικές αισθητήρες ή τεχνολογίες ιατρικής απεικόνισης που βασίζονται σε ακτίνες.

Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η OEG θα μπορούσε να είναι όχι μόνο ένα δευτερεύον βοήθημα για τη διάγνωση και τη θεραπεία, αλλά και, σε μακροπρόθεσμο, ένα πιθανό αντικαταστάτη για ορισμένα αξιολογικά μέρη της θεραπευτικής διαδικασίας, και ένα που θα μπορούσε να μειώσει τον χρόνο που απαιτείται για την παρακολούθηση των ασθενών και την αρχική διάγνωση. Αναφέρουν*:

‘Συνολικά, τα αποτελέσματα που προβλέπονται από τη μηχανή δείχνουν καλύτερη συσχέτιση σε σύγκριση με την καθαρή κλινική αξιολόγηση με βάση τις ερωτήσεις και είναι επίσης αντικειμενικά. Ο σχετικά σύντομος χρόνος μέτρησης των λίγων λεπτών για τις προσεγγίσεις της υπολογιστικής όρασης είναι επίσης αξιοσημείωτος, ενώ μερικές φορές απαιτούνται ώρες για τις κλινικές συνεντεύξεις.’

Ωστόσο, οι συγγραφείς επιθυμούν να τονίσουν ότι η φροντίδα των ασθενών σε αυτόν τον τομέα είναι μια πολυμορφική προσπάθεια, με πολλά άλλα σημάδια της κατάστασης του ασθενούς να ληφθούν υπόψη παρά μόνο τις εκφράσεις του προσώπου, και ότι είναι ακόμη слишком sớm για να θεωρηθεί ότι ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να αντικαταστήσει完全 την παραδοσιακή προσέγγιση για τις ψυχικές διαταραχές. Παρόλα αυτά, θεωρούν την OEG μια υποσχόμενη βοηθητική τεχνολογία, ιδιαίτερα ως μέθοδο για την αξιολόγηση των επιδράσεων της φαρμακευτικής θεραπείας στο προγραμματισμένο πρόγραμμα του ασθενούς.

Το έγγραφο έχει τον τίτλο Το Πρόσωπο των Συναισθηματικών Διαταραχών και προέρχεται από οκτώ ερευνητές από ένα ευρύ φάσμα ιδρυμάτων από τον ιδιωτικό και δημόσιο ιατρικό ερευνητικό τομέα.

Δεδομένα

(Το νέο έγγραφο ασχολείται κυρίως με τις διάφορες θεωρίες και μεθόδους που είναι τώρα δημοφιλείς στη διάγνωση των ψυχικών διαταραχών, με λιγότερη προσοχή από το συνηθισμένο στις πραγματικές τεχνολογίες και διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στους тестes και τους πειραματισμούς)

Η συλλογή δεδομένων πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Αμβέρσας, με 100 ασθενείς με ισορροπημένο φύλο και μια ομάδα ελέγχου 50 ανεπηρέαστων ατόμων. Οι ασθενείς περιελάμβαναν 35 άτομα που πάσχουν από σχιζοφρενία και 65 άτομα που πάσχουν από κατάθλιψη.

Για το τμήμα των ασθενών της δοκιμής, οι αρχικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά την πρώτη εισαγωγή στο νοσοκομείο και η δεύτερη πριν από την έξοδο από το νοσοκομείο, καλύπτοντας einen μέσο χρονικό διάστημα 12 εβδομάδων. Η ομάδα ελέγχου συμμετείχε αυθαιρέτως από το τοπικό πληθυσμό, με την εισαγωγή και την “έξοδο” να αντικατοπτρίζει εκείνη των πραγματικών ασθενών.

Στην πραγματικότητα, η πιο σημαντική “αληθινή αξιολόγηση” για ένα τέτοιο πείραμα πρέπει να είναι οι διαγνώσεις που λαμβάνονται με εγκεκριμένες και τυποποιημένες μεθόδους, και αυτό ήταν το περίπτωση για τις δοκιμές OEG.

Ωστόσο, το στάδιο της συλλογής δεδομένων απέκτησε επιπλέον δεδομένα πιο κατάλληλα για ερμηνεία από μηχανή: συνεντεύξεις που διαρκούν etwa 90 λεπτά καταγράφηκαν σε τρεις φάσεις με μια κάμερα Logitech c270 που λειτουργεί με 25 кадρά ανά δευτερόλεπτο.

Η πρώτη συνεδρία αποτελούνταν από μια τυποποιημένη συνέντευξη Hamilton (με βάση έρευνα που ξεκίνησε γύρω στο 1960), όπως θα δινόταν συνήθως κατά την εισαγωγή. Στη δεύτερη φάση, ασυνήθιστα, οι ασθενείς (και οι αντίστοιχοι στην ομάδα ελέγχου) έδειξαν βίντεο με μια σειρά εκφράσεων του προσώπου και ζητήθηκαν να μιμηθούν κάθε μια από αυτές, ενώ ανέφεραν την εκτίμησή τους για την ψυχική τους κατάσταση εκείνη τη στιγμή, συμπεριλαμβανομένης της συναισθηματικής κατάστασης και της έντασης. Αυτή η φάση διαρκούσε etwa δέκα λεπτά.

Στην τρίτη και τελευταία φάση, οι συμμετέχοντες έδειξαν 96 βίντεο με ηθοποιούς, διαρκούν etwa δέκα δευτερόλεπτα το καθένα, που φαίνονταν να αναφέρουν έντονα συναισθηματικές εμπειρίες. Οι συμμετέχοντες ζητήθηκαν να αξιολογήσουν το συναισθηματικό και την ένταση που αντιπροσωπεύονται στα βίντεο, καθώς και τα δικά τους αντίστοιχα συναισθήματα. Αυτή η φάση διαρκούσε etwa 15 λεπτά.

Μέθοδος

Για να φτάσετε στο μέσο όρο των κατεγραμμένων προσώπων (βλέπε πρώτη εικόνα, παραπάνω), συναισθηματικά ορόσημα καταγράφηκαν με το πλαίσιο EmoNet. Στη συνέχεια, η συσχέτιση μεταξύ του σχήματος του προσώπου και του μέσου (καταμετρημένου) σχήματος του προσώπου καθορίστηκε μέσω αποσπάσματος αφινικής μετασχηματίσεων.

Αναγνώριση συναισθηματικών διαστάσεων και προβλέψη της ματιάς πραγματοποιήθηκε σε κάθε ορόσημο τμήμα που αναγνωρίστηκε στην προηγούμενη φάση.

Σε αυτό το σημείο, η ηχο आधτη εύρεση συναισθήματος έχει δείξει ότι έχει φτάσει μια διδακτική στιγμή στην ψυχική κατάσταση του ασθενούς, και η εργασία είναι να συλλάβει την αντίστοιχη εικόνα του προσώπου και να αναπτύξει αυτή τη διάσταση και το πεδίο της συναισθηματικής του κατάστασης.

(Στο βίντεο παραπάνω, βλέπουμε το έργο που αναπτύχθηκε από τους συγγραφείς των τεχνολογιών αναγνώρισης συναισθηματικών διαστάσεων που χρησιμοποιούνται από τους ερευνητές για το νέο έργο).

Η γεωδαιτική του υλικού υπολογίστηκε για κάθε καρέ των δεδομένων και εφαρμόστηκε η μείωση της διάστασης μέσω της SVD. Τα αποτελέσματα της χρονικής σειράς δεδομένων μοντελοποιήθηκαν ως VAR διαδικασία, και στη συνέχεια μειώθηκαν περαιτέρω μέσω της SVD πριν από την προσαρμογή MAP.

Διαδικασία μείωσης γεωδαιτικής.

Οι τιμές valence και arousal στο δίκτυο EmoNet επεξεργάστηκαν επίσης με παρόμοιο τρόπο με το μοντέλο VAR και την επεξεργασία της ακολουθίας.

Πειραματισμοί

Όπως εξηγήθηκε νωρίτερα, το νέο έργο είναι κυρίως ένα ιατρικό ερευνητικό έγγραφο και όχι μια τυπική υποβολή υπολογιστικής όρασης, και παραπέμπουμε τον αναγνώστη στο έγγραφο για μια λεπτομερή κάλυψη των διαφόρων πειραματισμών OEG που διεξήχθησαν από τους ερευνητές.

Παρά ταύτα, για να συνοψίσουμε μια επιλογή από αυτά:

Σημάδια Συναισθηματικών Διαταραχών

Εδώ 40 συμμετέχοντες (όχι από την ομάδα ελέγχου ή την ομάδα ασθενών) ζητήθηκαν να αξιολογήσουν τα μετρημένα μέσα πρόσωπα (βλέπε πρώτη εικόνα, παραπάνω) σε σχέση με μια σειρά ερωτήσεων, χωρίς να ενημερωθούν για το контέκστ του δεδομένου. Τα ερωτήματα ήταν:

Τι είναι το φύλο των δύο προσώπων;
Τα πρόσωπα έχουν μια ελκυστική εμφάνιση;
Τα πρόσωπα είναι αξιόπιστα άτομα;
Πώς αξιολογείτε την ικανότητα αυτών των ατόμων να ενεργήσουν;
Τι είναι το συναισθηματικό των δύο προσώπων;
Τι είναι η εμφάνιση του δέρματος των δύο προσώπων;
Τι είναι η εντύπωση της ματιάς;
Τα δύο πρόσωπα έχουν κάτω γωνίες του στόματος;
Τα δύο πρόσωπα έχουν υψωμένα φρύδια;
Αυτά τα άτομα είναι κλινικοί ασθενείς;

Οι ερευνητές βρήκαν ότι αυτές οι τυφλές αξιολογήσεις συσχετίζονται με την καταγεγραμμένη κατάσταση των επεξεργασμένων δεδομένων:

Αποτελέσματα του box plot για την ‘μετρημένη’ εικόνα.

Κλινική Αξιολόγηση

Για να αξιολογήσουν τη χρησιμότητα της OEG στην αρχική αξιολόγηση, οι ερευνητές αξιολόγησαν πρώτα πόσο αποτελεσματική είναι η τυπική κλινική αξιολόγηση από μόνη της, μετρώντας τα επίπεδα βελτίωσης μεταξύ της εισαγωγής και της δεύτερης φάσης (κατά την οποία ο ασθενής λαμβάνει συνήθως φαρμακευτική θεραπεία.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κατάσταση και η βαρύτητα των συμπτωμάτων θα μπορούσαν να αξιολογηθούν καλά με αυτή τη μέθοδο, επιτυγχάνοντας μια συσχέτιση 0,82. Ωστόσο, μια ακριβής διάγνωση είτε σχιζοφρενίας είτε κατάθλιψης αποδείχθηκε πιο δύσκολη, με την τυπική μέθοδο να επιτυγχάνει μόνο einen βαθμό -0,03 σε αυτό το πρώιμο στάδιο.

Οι συγγραφείς σχολιάζουν:

‘Στην ουσιαστική, η κατάσταση του ασθενούς μπορεί να καθοριστεί σχετικά καλά με τη χρήση των συνήθων ερωτηματολογίων. Ωστόσο, αυτό είναι ουσιαστικά όλο που μπορεί να συναχθεί από αυτό. Εάν κάποιος είναι καταθλιπτικός ή μάλλον σχιζοφρενικός δεν υποδεικνύεται. Το ίδιο ισχύει και για την απάντηση στη θεραπεία.’

Τα αποτελέσματα από τη διαδικασία της μηχανής ήταν σε θέση να επιτύχουν υψηλότερες βαθμολογίες σε αυτή την περιοχή προβλήματος και συγκρίσιμες βαθμολογίες για την αρχική αξιολόγηση του ασθενούς:

Υψηλότερες βαθμολογίες είναι καλύτερες. Στη αριστερή πλευρά, αποτελέσματα της αξιολόγησης με βάση τις συνεντεύξεις σε τέσσερις φάσεις της δοκιμής αρχιτεκτονικής. Στη δεξιά πλευρά, αποτελέσματα της μηχανής.

Διάγνωση Διαταραχών

Η διάκριση της κατάθλιψης από τη σχιζοφρενία μέσω στατικών εικόνων του προσώπου δεν είναι μια εύκολη υπόθεση. Με στατιστική επαλήθευση, η διαδικασία της μηχανής ήταν σε θέση να επιτύχει υψηλές βαθμολογίες ακρίβειας σε διάφορες φάσεις των δοκιμών:

Σε άλλα πειράματα, οι ερευνητές ήταν σε θέση να δείξουν ενδείξεις ότι η OEG μπορεί να ανιχνεύσει τη βελτίωση του ασθενούς μέσω της φαρμακευτικής θεραπείας και της γενικής θεραπείας της διαταραχής:

‘Η αιτιώδης εύρεση πάνω από την εμπειρική γνώση της συλλογής δεδομένων προσαρμόστηκε τη φαρμακευτική θεραπεία για να παρατηρήσει μια επιστροφή στην φυσιολογική ρύθμιση της δυναμικής του προσώπου. Một τέτοια επιστροφή δεν μπορούσε να παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια της κλινικής συνταγογράφησης.

‘Σε αυτό το σημείο, δεν είναι σαφές εάν μια τέτοια μηχανική σύσταση θα οδηγήσει σε σημαντική καλύτερη επιτυχία της θεραπείας. Ιδιαίτερα επειδή είναι γνωστό ποια είναι τα πιθανά παρενέργειες των φαρμάκων σε μακροχρόνιο χρόνο.

‘Ωστόσο, [αυτού του είδους] οι προσαρμοσμένες προσεγγίσεις για τον ασθενή θα σπάσουν τις μπάρες της κοινής κατηγορικής ταξινόμησης που χρησιμοποιείται ακόμη σε καθημερινή βάση.’

* Η μετατροπή των εσωτερικών παραπομπών των συγγραφέων σε υπερσύνδεσμους.

Πρώτη δημοσίευση 3ης Αυγούστου 2022.