Greining á geðsjúkdómum með gervigreindarmati á andlitstjáningu

Vísindamenn frá Þýskalandi hafa þróað aðferð til að bera kennsl á geðraskanir út frá svipbrigðum sem túlkuð eru með tölvusjón.

Nýja nálgunin getur ekki aðeins gert greinarmun á einstaklingum sem eru ekki fyrir áhrifum og sýktir, heldur getur hún einnig rétt greint þunglyndi frá geðklofa, sem og hversu mikið sjúklingurinn er fyrir áhrifum af sjúkdómnum.

Rannsakendur hafa lagt fram samsetta mynd sem táknar samanburðarhópinn fyrir prófin þeirra (vinstra megin á myndinni hér að neðan) og sjúklinga sem þjást af geðröskunum (hægri). Auðkenni margra einstaklinga blandast saman í framsetningunni og hvorug myndin sýnir tiltekinn einstakling:

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

Einstaklingar með geðraskanir hafa tilhneigingu til að hafa hækkaðar augabrúnir, blýleitt augnaráð, bólgið andlit og munnsvip af hangandi hundi. Til að vernda friðhelgi sjúklinga eru þessar samsettu myndir þær einu sem eru tiltækar til stuðnings nýja verkinu.

Hingað til hefur andlitsáhrifaþekking fyrst og fremst verið notuð sem hugsanlegt tæki til grunngreiningar. Nýja nálgunin býður í staðinn upp á mögulega aðferð til að meta framfarir sjúklinga meðan á meðferð stendur, eða annars (hugsanlega, þó blaðið gefi ekki til kynna það) í eigin heimilisumhverfi fyrir eftirlit á göngudeildum.

Í blaðinu kemur fram*:

„Að fara út fyrir vélræna greiningu á þunglyndi í tilfinningalegum tölvumálum, sem hefur verið þróuð í fyrri rannsóknir, sýnum við að mælanlegt tilfinningaástand sem metið er með tölvusjón inniheldur mun meiri upplýsingar en hin hreina flokkun.'

Vísindamennirnir hafa kallað þessa tækni Opto rafræn heilagreining (OEG), algjörlega óvirk aðferð til að álykta um andlegt ástand með andlitsmyndgreiningu í stað staðbundinna skynjara eða geislabundinna læknisfræðilegrar myndgreiningartækni.

Höfundarnir komast að þeirri niðurstöðu að OEG gæti hugsanlega verið ekki bara aukaaðstoð við greiningu og meðferð, heldur, til lengri tíma litið, hugsanlega í staðinn fyrir ákveðna matshluta meðferðarleiðarinnar og einn sem gæti dregið úr þeim tíma sem nauðsynlegur er fyrir sjúklinginn. eftirlit og fyrstu greiningu. Þeir taka eftir:

„Á heildina litið sýna niðurstöður sem vélin spáir fyrir um betri fylgni samanborið við spurningalista sem byggja á hreinum klínískum áhorfendum og eru einnig hlutlægar. Tiltölulega stuttur mælitími, sem nemur nokkrum mínútum, fyrir tölvusjónnálgun er einnig athyglisverð, en stundum þarf klukkustundir fyrir klínísku viðtölin.

Hins vegar vilja höfundar leggja áherslu á að umönnun sjúklinga á þessu sviði er fjölþætt viðleitni, þar sem margir aðrir vísbendingar um ástand sjúklinga koma til greina en bara svipbrigði þeirra og að of snemmt sé að íhuga að slíkt kerfi gæti koma algjörlega í stað hefðbundinna aðferða við geðraskanir. Engu að síður telja þeir OEG efnilega viðbótartækni, sérstaklega sem aðferð til að meta áhrif lyfjameðferðar í samræmi við ávísaða meðferð sjúklings.

The pappír er titill Andlit tilfinningasjúkdóma, og kemur frá átta vísindamönnum á fjölmörgum stofnunum úr einkageiranum og opinberum læknisfræðilegum rannsóknum.

Gögn

(Nýja ritgerðin fjallar að mestu um hinar ýmsu kenningar og aðferðir sem nú eru vinsælar við greiningu sjúklinga á geðröskunum, með minni athygli en venjulega á raunverulegri tækni og ferlum sem notuð eru í prófunum og ýmsum tilraunum)

Gagnasöfnun fór fram á háskólasjúkrahúsinu í Aachen, með 100 kynjajafnvægum sjúklingum og viðmiðunarhópi 50 einstaklinga sem ekki höfðu áhrif. Sjúklingarnir voru 35 sem þjáðust af geðklofa og 65 sem þjáðust af þunglyndi.

Fyrir sjúklingahluta prófunarhópsins voru fyrstu mælingar teknar við fyrstu sjúkrahúsinnlögn og seinni fyrir útskrift þeirra af sjúkrahúsi, sem spannar að meðaltali 12 vikur. Þátttakendur viðmiðunarhópsins voru ráðnir að geðþótta úr staðbundnum íbúa, með eigin innleiðingu og „útskrift“ sem endurspegluðu sjúklinga í raun.

Í rauninni verður mikilvægasti „grunnsannleikurinn“ fyrir slíka tilraun að vera greining sem fengin er með viðurkenndum og stöðluðum aðferðum, og það var raunin í OEG rannsóknunum.

Gagnasöfnunarstigið fékk hins vegar viðbótargögn sem henta betur fyrir vélatúlkun: viðtöl sem voru að meðaltali 90 mínútur voru tekin í þremur áföngum með Logitech c270 neytendavefmyndavél sem keyrði á 25fps.

Fyrsta lotan samanstóð af staðli Hamilton viðtal (byggt á rannsóknum upprunnið um 1960), eins og venjulega væri veitt við inngöngu. Í öðrum áfanga, óvenjulegt, voru sjúklingarnir (og hliðstæða þeirra í samanburðarhópnum) sýndir vídeó af röð af svipbrigðum, og beðnir um að líkja eftir hverri þeirra, á sama tíma og þeir segja sitt eigið mat á andlegu ástandi þeirra á þeim tíma, þar með talið tilfinningalegt ástand og styrkleika. Þessi áfangi tók um tíu mínútur.

Í þriðja og síðasta áfanganum voru þátttakendum sýnd 96 myndbönd af leikurum, sem stóðu yfir í rúmar tíu sekúndur hver, og segja greinilega frá sterkri tilfinningalegri reynslu. Þátttakendur voru síðan beðnir um að leggja mat á tilfinningar og styrkleika myndskeiðanna, sem og eigin samsvarandi tilfinningar. Þessi áfangi tók um 15 mínútur.

Aðferð

Til að komast að meðalmeðaltali andlitanna sem tekin voru (sjá fyrstu mynd að ofan), voru tilfinningaleg kennileiti tekin með EmoNet ramma. Í kjölfarið var samsvörun milli andlitsformsins og meðaltals (meðal) andlitsformsins ákvarðað í gegn stykkjalaus umbreyting.

Víddar tilfinningaþekking og spá fyrir augnaráð var framkvæmt á hverjum kennileitahluta sem var auðkenndur á fyrra stigi.

Á þessum tímapunkti hefur hljóðtengd tilfinningaályktun gefið til kynna að stund sem hægt er að kenna sé komin í andlegt ástand sjúklingsins og verkefnið er að fanga samsvarandi andlitsmynd og þróa þá vídd og svið áhrifaástands hans.

(Í myndbandinu hér að ofan sjáum við verkið þróað af höfundum víddar tilfinningaþekkingartækninnar sem rannsakendur nota fyrir nýja verkið).

Lögun jarðeðlisfræði efnisins var reiknuð út fyrir hvern ramma gagnanna og niðurbrot í eintölu (Singular Value Decomposition)Svd) lækkun beitt. Tímaraðargögnin sem urðu til voru að lokum gerð fyrirmynd sem a VAR ferli, og síðan minnkað enn frekar í gegnum SVD fyrir MAP aðlögun.

Verkflæði fyrir landfræðilega minnkunarferlið.

Gildis- og örvunargildin í EmoNet netinu voru einnig unnin á svipaðan hátt með VAR líkanagerð og raðkjarnaútreikningi.

Tilraunir

Eins og útskýrt var áðan er nýja verkið fyrst og fremst læknisfræðileg rannsóknargrein frekar en venjuleg tölvusjónsending og við vísum lesandanum á blaðið sjálft til að fá ítarlega umfjöllun um hinar fjölbreyttu OEG tilraunir sem rannsakendur standa fyrir.

Engu að síður, til að draga saman úrval þeirra:

Vísbendingar um áhrifasjúkdóma

Hér voru 40 þátttakendur (ekki úr viðmiðunar- eða sjúklingahópnum) beðnir um að meta meðalandlitin (sjá hér að ofan) með tilliti til fjölda spurninga, án þess að vera upplýst um samhengi gagnanna. Spurningarnar voru:

Hvert er kynið á andlitunum tveimur?
Hafa andlitin aðlaðandi útlit?
Eru þessi andlit áreiðanlegir einstaklingar?
Hvernig metur þú getu þessa fólks til að athafna sig?
Hver er tilfinning andlitanna tveggja?
Hvernig er húðútlit andlitanna tveggja?
Hver er tilfinning augnaráðsins?
Eru andlitin tvö með hangandi munnhorn?
Eru andlitin tvö með brún augu?
Eru þessir einstaklingar klínískir sjúklingar?

Rannsakendur komust að því að þetta blinda mat hafði fylgni við skráð ástand unninna gagna:

Niðurstöður kassaplotts fyrir „meðalandlit“ könnunina.

Klínískt mat

Til að meta notagildi OEG í frummati, mátu rannsakendur fyrst hversu árangursríkt staðlað klínískt mat er í sjálfu sér, og mældu batastig milli innleiðingar og annars áfanga (þá er sjúklingurinn venjulega að fá lyfjameðferðir.

Rannsakendur komust að þeirri niðurstöðu að hægt væri að meta stöðu og alvarleika einkenna vel með þessari aðferð og ná fylgni upp á 0.82. Hins vegar reyndist nákvæm greining á annaðhvort geðklofa eða þunglyndi krefjandi, þar sem staðlaða aðferðin fékk aðeins -0.03 stig á þessu frumstigi.

Höfundar gera athugasemd:

„Í meginatriðum er hægt að ákvarða stöðu sjúklings tiltölulega vel með því að nota venjulega spurningalista. Hins vegar er í rauninni það eina sem hægt er að álykta af henni. Hvort einhver sé þunglyndur eða frekar geðklofa er ekki gefið til kynna. Sama á við um meðferðarsvörun.'

Niðurstöður úr vélaferlinu gátu fengið hærri einkunnir á þessu vandamálasvæði og sambærilegar einkunnir fyrir upphafsþátt sjúklingamats:

Hærri tölur eru betri. Vinstra megin eru niðurstöður staðlaðra viðtalsmiðaðra matsnákvæmni yfir fjórum stigum prófunararkitektúrsins; til hægri, vélrænar niðurstöður.

Greining á röskun

Að greina þunglyndi frá geðklofa með kyrrstæðum andlitsmyndum er ekki léttvægt mál. Með krossfullgildingu tókst vélaferlinu að fá háar nákvæmniskorar á hinum ýmsu stigum tilraunanna:

Í öðrum tilraunum tókst vísindamönnum að sýna fram á sönnunargögn um að OEG geti skynjað bata sjúklinga með lyfjafræðilegri meðferð og almennri meðferð á röskuninni:

„Orsakaályktunin yfir reynslusögulegri forþekkingu gagnasöfnunarinnar breytti lyfjafræðilegri meðferð til að sjá afturhvarf til lífeðlisfræðilegrar stjórnun á andlitsvirkni. Ekki var hægt að sjá slíka endurkomu meðan á klínísku lyfseðlinum stóð.

„Í augnablikinu er ekki ljóst hvort slík vélræn ráðlegging myndi örugglega leiða til marktæks betri árangurs meðferðar. Sérstaklega vegna þess að vitað er hvaða aukaverkanir lyf geta haft yfir langan tíma.

"Hins vegar, [þessar tegundir] sjúklinga-sníða nálgun myndi brjóta hindranir á sameiginlegu flokkunarkerfi sem enn er notað í daglegu lífi."

* Umbreyting mín á innbyggðum tilvitnunum höfunda í tengla.

Fyrst birt 3. ágúst 2022.