Diagnostika porúch duševného zdravia prostredníctvom hodnotenia umelej inteligencie

Vedci z Nemecka vyvinuli metódu na identifikáciu duševných porúch na základe výrazov tváre interpretovaných počítačovým videním.

Nový prístup dokáže nielen rozlíšiť medzi nepostihnutými a postihnutými subjektmi, ale dokáže správne odlíšiť aj depresiu od schizofrénie, ako aj mieru, do akej je pacient v súčasnosti chorobou postihnutý.

Výskumníci poskytli zložený obrázok, ktorý predstavuje kontrolnú skupinu pre ich testy (vľavo na obrázku nižšie) a pacientov, ktorí trpia duševnými poruchami (vpravo). Identity viacerých ľudí sú v reprezentáciách zmiešané a ani jeden obrázok nezobrazuje konkrétneho jednotlivca:

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

Jedinci s afektívnymi poruchami majú tendenciu mať zdvihnuté obočie, olovené pohľady, opuchnuté tváre a výrazy v ústach. S cieľom chrániť súkromie pacienta sú tieto kompozitné obrázky jediné, ktoré sú k dispozícii na podporu novej práce.

Doposiaľ sa rozpoznávanie vplyvov na tvár používalo predovšetkým ako potenciálny nástroj základnej diagnostiky. Nový prístup namiesto toho ponúka možnú metódu hodnotenia pokroku pacienta počas liečby alebo inak (potenciálne, hoci to dokument nenaznačuje) v ich vlastnom domácom prostredí na ambulantné monitorovanie.

V liste sa píše *:

„Presahovanie strojovej diagnostiky depresie v afektívnych počítačoch, ktoré boli vyvinuté v predchádzajúce štúdie, ukazujeme, že merateľný afektívny stav odhadnutý pomocou počítačového videnia obsahuje oveľa viac informácií ako čistá kategorická klasifikácia.“

Vedci túto techniku ​​nazvali Optoelektronická encefalografia (OEG), úplne pasívna metóda odvodzovania duševného stavu analýzou obrazu tváre namiesto lokálnych senzorov alebo medicínskych zobrazovacích technológií založených na lúčoch.

Autori dospeli k záveru, že OEG by potenciálne mohla byť nielen obyčajným sekundárnym pomocníkom pri diagnostike a liečbe, ale z dlhodobého hľadiska aj potenciálnou náhradou určitých hodnotiacich častí liečebného systému a mohla by skrátiť čas potrebný na liečbu pacienta. monitorovanie a počiatočná diagnóza. Poznamenávajú:

„Celkovo výsledky predpovedané prístrojom vykazujú lepšie korelácie v porovnaní s dotazníkmi založenými na čistom hodnotení klinických pozorovateľov a sú tiež objektívne. Pozoruhodný je aj relatívne krátky čas merania niekoľkých minút pri prístupoch počítačového videnia, zatiaľ čo na klinické rozhovory sú niekedy potrebné hodiny.“

Autori však radi zdôrazňujú, že starostlivosť o pacienta v tejto oblasti je multimodálnym úsilím, pričom treba brať do úvahy mnohé iné indikátory stavu pacienta než len výrazy jeho tváre, a že je príliš skoro uvažovať o tom, že takýto systém by mohol úplne nahradiť tradičné prístupy k duševným poruchám. Napriek tomu považujú OEG za sľubnú doplnkovú technológiu, najmä ako metódu na odstupňovanie účinkov farmaceutickej liečby v režime predpísanom pacientom.

papier je s názvom Tvár afektívnych porúcha pochádza od ôsmich výskumníkov zo širokého spektra inštitúcií zo súkromného a verejného sektora lekárskeho výskumu.

dátum

(Nová práca sa zaoberá najmä rôznymi teóriami a metódami, ktoré sú v súčasnosti populárne v diagnostike duševných porúch u pacientov, pričom sa venuje menšia pozornosť ako je obvyklé skutočným technológiám a procesom používaným pri testoch a rôznych experimentoch)

Zber údajov sa uskutočnil v Univerzitnej nemocnici v Aachene so 100 rodovo vyváženými pacientmi a kontrolnou skupinou 50 nepostihnutých ľudí. Medzi pacientmi bolo 35 ľudí trpiacich schizofréniou a 65 ľudí trpiacich depresiou.

Pre časť pacientov testovanej skupiny boli počiatočné merania uskutočnené v čase prvej hospitalizácie a druhá pred ich prepustením z nemocnice, pričom priemerný interval bol 12 týždňov. Účastníci kontrolnej skupiny boli vybraní svojvoľne z miestneho obyvateľstva, pričom ich vlastná indukcia a „vybitie“ odzrkadľovali to, čo mali skutoční pacienti.

V skutočnosti najdôležitejšou „základnou pravdou“ pre takýto experiment musia byť diagnózy získané schválenými a štandardnými metódami, a to bol prípad skúšok OEG.

Fáza zhromažďovania údajov však získala ďalšie údaje, ktoré sú vhodnejšie na strojovú interpretáciu: rozhovory v priemere 90 minút boli zachytené v troch fázach spotrebiteľskou webovou kamerou Logitech c270 s rýchlosťou 25 snímok za sekundu.

Prvá relácia pozostávala zo štandardu Hamilton rozhovor (na základe výskumu vznikal okolo roku 1960), aké by sa bežne podávali pri prijímaní. V druhej fáze boli nezvyčajne ukázaní pacienti (a ich náprotivky v kontrolnej skupine). videá zo série výrazov tváre a požiadali ich, aby napodobnili každý z nich, pričom uviedli svoj vlastný odhad svojho mentálneho stavu v danom čase vrátane emočného stavu a intenzity. Táto fáza trvala asi desať minút.

V tretej a poslednej fáze bolo účastníkom premietnutých 96 videí hercov, z ktorých každé trvalo niečo vyše desať sekúnd a ktoré očividne rozprávali o intenzívnych emocionálnych zážitkoch. Účastníci boli potom požiadaní, aby zhodnotili emócie a intenzitu zastúpenú vo videách, ako aj svoje vlastné zodpovedajúce pocity. Táto fáza trvala asi 15 minút.

Metóda

Aby sa dospelo k priemernému priemeru zachytených tvárí (pozri prvý obrázok vyššie), emocionálne orientačné body boli zachytené pomocou EmoNet rámec. Následne sa určila zhoda medzi tvarom tváre a stredným (priemerným) tvarom tváre po častiach afinná transformácia.

Dimenzionálne rozpoznávanie emócií a predpoveď očného pohľadu sa uskutočnilo na každom orientačnom segmente identifikovanom v predchádzajúcej fáze.

V tomto bode inferencia emócií založená na zvuku naznačila, že do pacientovho duševného stavu prišiel poučiteľný moment a úlohou je zachytiť zodpovedajúci obraz tváre a rozvinúť túto dimenziu a doménu ich afektu.

(Vo videu vyššie vidíme prácu vyvinutú autormi technológií na rozpoznávanie dimenzionálnych emócií, ktoré výskumníci použili pre novú prácu).

Geodetický tvar materiálu bol vypočítaný pre každý rámec údajov a singulárna hodnota rozkladu (SVD) uplatnené zníženie. Výsledné údaje časových radov boli nakoniec modelované ako a VAR proces, a potom ďalej redukovaný pomocou SVD pred prispôsobenie MAP.

Pracovný postup pre proces geodetickej redukcie.

Hodnoty valencie a vzrušenia v sieti EmoNet boli tiež spracované podobne s modelovaním VAR a výpočtom sekvenčného jadra.

pokusy

Ako už bolo vysvetlené vyššie, nová práca je skôr lekárskym výskumným dokumentom než štandardným predložením počítačového videnia a odkazujeme čitateľa na samotný dokument, aby sa podrobne pokryli rôzne experimenty OEG, ktoré výskumníci uskutočňovali.

Aby sme však zhrnuli výber z nich:

Náznaky afektívnej poruchy

Tu bolo 40 účastníkov (nie z kontrolnej skupiny alebo skupiny pacientov) požiadaných, aby ohodnotili hodnotené priemerné tváre (pozri vyššie) v súvislosti s množstvom otázok bez toho, aby boli informovaní o kontexte údajov. Otázky zneli:

Aké je pohlavie dvoch tvárí?
Majú tváre atraktívny vzhľad?
Sú tieto tváre dôveryhodné osoby?
Ako hodnotíte schopnosť týchto ľudí konať?
Aká je emócia dvoch tvárí?
Aký je vzhľad pokožky týchto dvoch tvárí?
Aký je dojem z pohľadu?
Majú obe tváre ovisnuté kútiky úst?
Majú tieto dve tváre vyvýšené hnedé oči?
Sú tieto osoby klinickými pacientmi?

Výskumníci zistili, že tieto slepé hodnotenia korelovali s registrovaným stavom spracovaných údajov:

Výsledky prieskumu „priemernej tváre“ v rámčeku.

Klinické hodnotenie

Aby sa zmerala užitočnosť OEG pri počiatočnom hodnotení, výskumníci najprv vyhodnotili, aké efektívne je samotné štandardné klinické hodnotenie, pričom merali úrovne zlepšenia medzi indukčnou a druhou fázou (dokedy pacient zvyčajne dostáva liečbu založenú na liekoch).

Výskumníci dospeli k záveru, že stav a závažnosť symptómov možno dobre posúdiť touto metódou, čím sa dosiahne korelácia 0.82. Presná diagnóza schizofrénie alebo depresie sa však ukázala ako náročnejšia, pričom štandardná metóda v tomto ranom štádiu získala len skóre -0.03.

Autori komentujú:

„V podstate sa stav pacienta dá pomerne dobre určiť pomocou bežných dotazníkov. To je však v podstate všetko, čo sa z toho dá vyvodiť. To, či je niekto depresívny alebo skôr schizofrenický, sa neuvádza. To isté platí pre odpoveď na liečbu.“

Výsledky zo strojového procesu boli schopné získať vyššie skóre v tejto problémovej oblasti a porovnateľné skóre pre počiatočný aspekt hodnotenia pacienta:

Vyššie čísla sú lepšie. Vľavo výsledky presnosti hodnotenia založeného na štandardnom rozhovore v štyroch fázach testovacej architektúry; na pravej strane, strojové výsledky.

Diagnostika poruchy

Rozlíšenie depresie od schizofrénie prostredníctvom statických obrázkov tváre nie je triviálna záležitosť. Pri krížovej validácii bol strojový proces schopný získať vysoké skóre presnosti v rôznych fázach skúšok:

V iných experimentoch vedci dokázali preukázať, že OEG môže vnímať zlepšenie pacienta prostredníctvom farmakologickej liečby a všeobecnej liečby poruchy:

„Kauzálny záver o empirických predchádzajúcich znalostiach zberu údajov upravil farmakologickú liečbu s cieľom pozorovať návrat k fyziologickej regulácii dynamiky tváre. Takúto návratnosť nebolo možné pozorovať počas klinického predpisovania.

„V súčasnosti nie je jasné, či by takéto odporúčanie na základe stroja skutočne viedlo k výrazne lepšiemu úspechu terapie. Najmä preto, že je známe, aké vedľajšie účinky môžu mať lieky počas dlhého časového obdobia.

„Avšak [tieto druhy] prístupov šitých na mieru pacienta by prelomili bariéry spoločnej schémy kategorickej klasifikácie, ktorá sa stále dominantne používa v každodennom živote.“

* Môj prevod inline citácií autorov na hypertextové odkazy.

Prvýkrát zverejnené 3. augusta 2022.