Διάγνωση Διαταραχών Ψυχικής Υγείας μέσω της αξιολόγησης της έκφρασης προσώπου με τεχνητή νοημοσύνη

Ερευνητές από τη Γερμανία ανέπτυξαν μια μέθοδο για τον εντοπισμό ψυχικών διαταραχών με βάση τις εκφράσεις του προσώπου που ερμηνεύονται από την όραση υπολογιστή.

Η νέα προσέγγιση μπορεί όχι μόνο να διακρίνει μεταξύ μη προσβεβλημένων και προσβεβλημένων ατόμων, αλλά μπορεί επίσης να διακρίνει σωστά την κατάθλιψη από τη σχιζοφρένεια, καθώς και τον βαθμό στον οποίο ο ασθενής επηρεάζεται επί του παρόντος από τη νόσο.

Οι ερευνητές παρείχαν μια σύνθετη εικόνα που αντιπροσωπεύει την ομάδα ελέγχου για τις δοκιμές τους (στα αριστερά στην εικόνα παρακάτω) και τους ασθενείς που πάσχουν από ψυχικές διαταραχές (δεξιά). Οι ταυτότητες πολλών ανθρώπων αναμειγνύονται στις αναπαραστάσεις και καμία εικόνα δεν απεικονίζει ένα συγκεκριμένο άτομο:

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

Τα άτομα με συναισθηματικές διαταραχές τείνουν να έχουν ανασηκωμένα φρύδια, μολυβένια βλέμματα, πρησμένα πρόσωπα και εκφράσεις από το στόμα. Για την προστασία του απορρήτου των ασθενών, αυτές οι σύνθετες εικόνες είναι οι μόνες που διατίθενται για υποστήριξη της νέας εργασίας.

Μέχρι τώρα, η αναγνώριση συναισθημάτων προσώπου χρησιμοποιήθηκε κυρίως ως πιθανό εργαλείο για βασική διάγνωση. Η νέα προσέγγιση, αντίθετα, προσφέρει μια πιθανή μέθοδο αξιολόγησης της προόδου των ασθενών καθ' όλη τη διάρκεια της θεραπείας ή αλλιώς (ενδεχομένως, αν και το έγγραφο δεν το προτείνει) στο δικό τους οικιακό περιβάλλον για παρακολούθηση εξωτερικών ασθενών.

Η εφημερίδα αναφέρει*:

«Πηγαίνοντας πέρα ​​από τη μηχανική διάγνωση της κατάθλιψης στη συναισθηματική πληροφορική, η οποία έχει αναπτυχθεί στο προηγούμενος μελέτες, δείχνουμε ότι η μετρήσιμη συναισθηματική κατάσταση που εκτιμάται μέσω υπολογιστικής όρασης περιέχει πολύ περισσότερες πληροφορίες από την καθαρή κατηγορική ταξινόμηση.'

Οι ερευνητές ονόμασαν αυτή την τεχνική Ηλεκτρονική Εγκεφαλογραφία Opto (OEG), μια εντελώς παθητική μέθοδος συμπερασμάτων ψυχικής κατάστασης με ανάλυση εικόνας προσώπου αντί για τοπικούς αισθητήρες ή τεχνολογίες ιατρικής απεικόνισης που βασίζονται σε ακτίνες.

Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το OEG θα μπορούσε δυνητικά να μην είναι απλώς ένα απλό δευτερεύον βοήθημα για τη διάγνωση και τη θεραπεία, αλλά, μακροπρόθεσμα, μια πιθανή αντικατάσταση ορισμένων αξιολογικών τμημάτων του αγωγού θεραπείας και ένα που θα μπορούσε να μειώσει τον απαραίτητο χρόνο για τον ασθενή. παρακολούθηση και αρχική διάγνωση. Σημειώνουν:

«Συνολικά, τα αποτελέσματα που προβλέπονται από το μηχάνημα δείχνουν καλύτερες συσχετίσεις σε σύγκριση με τα ερωτηματολόγια που βασίζονται σε καθαρά κλινικούς παρατηρητές και είναι επίσης αντικειμενικά. Η σχετικά σύντομη περίοδος μέτρησης των λίγων λεπτών για τις προσεγγίσεις όρασης υπολογιστή είναι επίσης αξιοσημείωτη, ενώ μερικές φορές απαιτούνται ώρες για τις κλινικές συνεντεύξεις.

Ωστόσο, οι συγγραφείς θέλουν να τονίσουν ότι η φροντίδα των ασθενών σε αυτόν τον τομέα είναι μια πολυτροπική επιδίωξη, με πολλούς άλλους δείκτες της κατάστασης του ασθενούς να λαμβάνονται υπόψη εκτός από τις εκφράσεις του προσώπου τους και ότι είναι πολύ νωρίς για να θεωρηθεί ότι ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε υποκαθιστούν πλήρως τις παραδοσιακές προσεγγίσεις για τις ψυχικές διαταραχές. Ωστόσο, θεωρούν το OEG μια πολλά υποσχόμενη συμπληρωματική τεχνολογία, ιδιαίτερα ως μια μέθοδο για την ταξινόμηση των επιπτώσεων της φαρμακευτικής θεραπείας στο συνταγογραφούμενο σχήμα του ασθενούς.

Η χαρτί είναι ο τίτλος Το πρόσωπο των συναισθηματικών διαταραχών, και προέρχεται από οκτώ ερευνητές σε ένα ευρύ φάσμα ιδρυμάτων από τον ιδιωτικό και δημόσιο τομέα ιατρικής έρευνας.

ημερομηνία

(Η νέα εργασία ασχολείται κυρίως με τις διάφορες θεωρίες και μεθόδους που είναι σήμερα δημοφιλείς στη διάγνωση ψυχικών διαταραχών από ασθενείς, με λιγότερη προσοχή από ό,τι συνήθως στις πραγματικές τεχνολογίες και διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στα τεστ και στα διάφορα πειράματα)

Η συλλογή δεδομένων πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο του Άαχεν, με 100 ασθενείς με ισορροπία φύλου και μια ομάδα ελέγχου 50 μη προσβεβλημένων ατόμων. Οι ασθενείς περιελάμβαναν 35 πάσχοντες από σχιζοφρένεια και 65 άτομα που έπασχαν από κατάθλιψη.

Για το τμήμα ασθενών της ομάδας δοκιμής, οι αρχικές μετρήσεις λήφθηκαν τη στιγμή της πρώτης νοσηλείας και οι δεύτερες πριν από την έξοδο τους από το νοσοκομείο, σε ένα μέσο διάστημα 12 εβδομάδων. Οι συμμετέχοντες της ομάδας ελέγχου στρατολογήθηκαν αυθαίρετα από τον τοπικό πληθυσμό, με τη δική τους επαγωγή και «απαλλαγή» να αντικατοπτρίζει αυτή των πραγματικών ασθενών.

Στην πραγματικότητα, η πιο σημαντική «βασική αλήθεια» για ένα τέτοιο πείραμα πρέπει να είναι οι διαγνώσεις που λαμβάνονται με εγκεκριμένες και τυπικές μεθόδους, και αυτό συνέβη για τις δοκιμές OEG.

Ωστόσο, το στάδιο συλλογής δεδομένων έλαβε πρόσθετα δεδομένα πιο κατάλληλα για μηχανική ερμηνεία: συνεντεύξεις μέσης διάρκειας 90 λεπτών καταγράφηκαν σε τρεις φάσεις με μια κάμερα web καταναλωτών Logitech c270 που τρέχει στα 25 fps.

Η πρώτη συνεδρία αποτελείται από ένα πρότυπο Συνέντευξη Χάμιλτον (βάσει έρευνας προέκυψε γύρω στο 1960), όπως θα δίνονταν κανονικά κατά την εισαγωγή. Στη δεύτερη φάση, ασυνήθιστα, εμφανίστηκαν οι ασθενείς (και οι αντίστοιχοι στην ομάδα ελέγχου). βίντεο μιας σειράς εκφράσεων του προσώπου και ζήτησαν να μιμηθούν καθεμία από αυτές, ενώ δήλωσαν τη δική τους εκτίμηση για την ψυχική τους κατάσταση εκείνη τη στιγμή, συμπεριλαμβανομένης της συναισθηματικής κατάστασης και της έντασης. Αυτή η φάση κράτησε περίπου δέκα λεπτά.

Στην τρίτη και τελευταία φάση, στους συμμετέχοντες προβλήθηκαν 96 βίντεο ηθοποιών, διάρκειας μόλις δέκα δευτερολέπτων το καθένα, που προφανώς εξιστορούσαν έντονες συναισθηματικές εμπειρίες. Στη συνέχεια ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να αξιολογήσουν το συναίσθημα και την ένταση που αντιπροσωπεύουν τα βίντεο, καθώς και τα δικά τους αντίστοιχα συναισθήματα. Αυτή η φάση διήρκεσε περίπου 15 λεπτά.

Μέθοδος

Για να φτάσουμε στο μέσο μέσο όρο των προσώπων που τραβήχτηκαν (δείτε την πρώτη εικόνα, παραπάνω), καταγράφηκαν συναισθηματικά ορόσημα με το EmoNet δομή. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε η αντιστοιχία μεταξύ του σχήματος του προσώπου και του μέσου (μέσου) σχήματος προσώπου τμηματικός συγγενικός μετασχηματισμός.

Αναγνώριση συναισθημάτων διαστάσεων και πρόβλεψη του βλέμματος των ματιών πραγματοποιήθηκε σε κάθε τμήμα ορόσημο που προσδιορίστηκε στο προηγούμενο στάδιο.

Σε αυτό το σημείο, το συμπέρασμα συναισθημάτων που βασίζεται στον ήχο έδειξε ότι έχει φτάσει μια διδακτική στιγμή στην ψυχική κατάσταση του ασθενούς και το καθήκον είναι να συλλάβει την αντίστοιχη εικόνα του προσώπου και να αναπτύξει αυτή τη διάσταση και το πεδίο της κατάστασης του συναισθήματος.

(Στο παραπάνω βίντεο, βλέπουμε την εργασία που αναπτύχθηκε από τους συγγραφείς των τεχνολογιών αναγνώρισης διαστάσεων συναισθημάτων που χρησιμοποιήθηκαν από τους ερευνητές για τη νέα εργασία).

Η γεωδαιτική μορφή του υλικού υπολογίστηκε για κάθε πλαίσιο των δεδομένων και η Αποσύνθεση Ενιαίας Τιμής (SVD) εφαρμόζεται μείωση. Τα δεδομένα χρονοσειρών που προέκυψαν μοντελοποιήθηκαν τελικά ως α VAR διαδικασία, και στη συνέχεια μειώνεται περαιτέρω μέσω SVD πριν από Προσαρμογή ΧΑΡΤΗ.

Ροή εργασιών για τη διαδικασία γεωδαισιακής αναγωγής.

Οι τιμές σθένους και διέγερσης στο δίκτυο EmoNet υποβλήθηκαν επίσης σε παρόμοια επεξεργασία με τη μοντελοποίηση VAR και τον υπολογισμό του πυρήνα ακολουθίας.

Πειράματα

Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, η νέα εργασία είναι κυρίως μια ιατρική ερευνητική εργασία και όχι μια τυπική υποβολή όρασης υπολογιστή και παραπέμπουμε τον αναγνώστη στην ίδια την εργασία για σε βάθος κάλυψη των ποικίλων πειραμάτων OEG που διεξάγονται από τους ερευνητές.

Ωστόσο, για να συνοψίσουμε μια επιλογή από αυτά:

Ενδείξεις συναισθηματικής διαταραχής

Εδώ ζητήθηκε από 40 συμμετέχοντες (όχι από την ομάδα ελέγχου ή ασθενών) να βαθμολογήσουν τις αξιολογούμενες μέσες όψεις (βλ. παραπάνω) σε σχέση με έναν αριθμό ερωτήσεων, χωρίς να ενημερωθούν για το πλαίσιο των δεδομένων. Οι ερωτήσεις ήταν:

Ποιο είναι το φύλο των δύο προσώπων;
Έχουν τα πρόσωπα ελκυστική εμφάνιση;
Αυτά τα πρόσωπα είναι αξιόπιστα πρόσωπα;
Πώς αξιολογείτε την ικανότητα αυτών των ανθρώπων να δράσουν;
Ποια είναι η συγκίνηση των δύο προσώπων;
Ποια είναι η εμφάνιση του δέρματος των δύο προσώπων;
Ποια είναι η εντύπωση του βλέμματος;
Τα δύο πρόσωπα έχουν πεσμένες γωνίες στο στόμα;
Τα δύο πρόσωπα έχουν καστανά μάτια;
Αυτά τα άτομα είναι κλινικοί ασθενείς;

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτές οι τυφλές αξιολογήσεις συσχετίστηκαν με την καταγεγραμμένη κατάσταση των επεξεργασμένων δεδομένων:

Αποτελέσματα γραφικής παράστασης πλαισίου για την έρευνα "μέσο πρόσωπο".

Κλινική Αξιολόγηση

Για να μετρήσουν τη χρησιμότητα του OEG στην αρχική αξιολόγηση, οι ερευνητές αξιολόγησαν πρώτα πόσο αποτελεσματική είναι η τυπική κλινική αξιολόγηση από μόνη της, μετρώντας τα επίπεδα βελτίωσης μεταξύ της επαγωγής και της δεύτερης φάσης (κατά την οποία ο ασθενής λαμβάνει συνήθως θεραπείες με βάση τα φάρμακα.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κατάσταση και η σοβαρότητα των συμπτωμάτων θα μπορούσαν να αξιολογηθούν καλά με αυτή τη μέθοδο, επιτυγχάνοντας συσχέτιση 0.82. Ωστόσο, η ακριβής διάγνωση είτε της σχιζοφρένειας είτε της κατάθλιψης αποδείχθηκε πιο δύσκολη, με την τυπική μέθοδο να λαμβάνει μόνο βαθμολογία -0.03 σε αυτό το πρώιμο στάδιο.

Οι συγγραφείς σχολιάζουν:

«Ουσιαστικά, η κατάσταση του ασθενούς μπορεί να προσδιοριστεί σχετικά καλά χρησιμοποιώντας τα συνήθη ερωτηματολόγια. Ωστόσο, αυτό είναι ουσιαστικά το μόνο που μπορεί να συναχθεί από αυτό. Το αν κάποιος έχει κατάθλιψη ή μάλλον σχιζοφρενής δεν ενδείκνυται. Το ίδιο ισχύει και για την ανταπόκριση στη θεραπεία».

Τα αποτελέσματα από τη διαδικασία του μηχανήματος μπόρεσαν να λάβουν υψηλότερες βαθμολογίες σε αυτήν την προβληματική περιοχή και συγκρίσιμες βαθμολογίες για την πτυχή της αρχικής αξιολόγησης του ασθενούς:

Τα υψηλότερα νούμερα είναι καλύτερα. Στα αριστερά, η τυπική αξιολόγηση με βάση τη συνέντευξη προκύπτει από την ακρίβεια σε τέσσερις φάσεις της αρχιτεκτονικής δοκιμών. στα δεξιά, αποτελέσματα που βασίζονται σε μηχανήματα.

Διάγνωση Διαταραχών

Η διάκριση της κατάθλιψης από τη σχιζοφρένεια μέσω στατικών εικόνων προσώπων δεν είναι κάτι ασήμαντο. Διασταυρούμενη επικύρωση, η διαδικασία της μηχανής μπόρεσε να λάβει υψηλές βαθμολογίες ακρίβειας στις διάφορες φάσεις των δοκιμών:

Σε άλλα πειράματα, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι το OEG μπορεί να αντιληφθεί τη βελτίωση του ασθενούς μέσω της φαρμακολογικής θεραπείας και της γενικής θεραπείας της διαταραχής:

«Το αιτιολογικό συμπέρασμα σχετικά με την εμπειρική προηγούμενη γνώση της συλλογής δεδομένων προσάρμοσε τη φαρμακολογική θεραπεία προκειμένου να παρατηρηθεί μια επιστροφή στη φυσιολογική ρύθμιση της δυναμικής του προσώπου. Μια τέτοια επιστροφή δεν μπορούσε να παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια της κλινικής συνταγογράφησης.

«Αυτή τη στιγμή δεν είναι σαφές εάν μια τέτοια σύσταση που βασίζεται σε μηχανήματα θα είχε πράγματι ως αποτέλεσμα σημαντική καλύτερη επιτυχία της θεραπείας. Ειδικά επειδή είναι γνωστό ποιες παρενέργειες μπορεί να έχουν τα φάρμακα για μεγάλο χρονικό διάστημα.

«Ωστόσο, [αυτά τα είδη] προσεγγίσεων προσαρμοσμένων στον ασθενή θα έσπαζαν τα εμπόδια του κοινού σχηματικού κατηγοριοποίησης που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται κυρίαρχα στην καθημερινή ζωή».

* Η μετατροπή των ενσωματωμένων παραπομπών των συγγραφέων σε υπερσυνδέσμους.

Πρώτη δημοσίευση στις 3 Αυγούστου 2022.