通過(guò)一個(gè)6秒鐘的元音“啊——”,或者從50大聲數(shù)到70,就能“聽(tīng)”出你是否得了COVID-19,是不是很不可思議?沒(méi)錯(cuò),作為一種算法驅(qū)動(dòng)的安全、可訪問(wèn)且非侵入式的篩查工具,它正勢(shì)不可擋地直面公眾。

日前國(guó)際權(quán)威期刊《柳葉刀·數(shù)字健康》發(fā)表一篇述評(píng)稱,“這些技術(shù)有潛力通過(guò)在個(gè)人設(shè)備上運(yùn)行的快速、經(jīng)濟(jì)的診斷,顯著改善全球健康——這是對(duì)抗流行病的完美工具。”在與新冠病毒的斗爭(zhēng)可能長(zhǎng)期化的大背景下,語(yǔ)音生物標(biāo)志物(Biomarker)在數(shù)字健康領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)正在加速度發(fā)展,并促動(dòng)院外生命體征監(jiān)測(cè)、家庭場(chǎng)景下的個(gè)體化醫(yī)療市場(chǎng)成為“香餑餑”。那么,AI技術(shù)真的能確定“我有病嗎”?

01

在對(duì)抗COVID-19中顯山露水

在新冠肺炎疫情肆虐的美國(guó),語(yǔ)音生物標(biāo)志物技術(shù)公司Sonde Health正在協(xié)助“聽(tīng)音判病”。

Sonde Health成立于2015年,總部位于波士頓,可基于語(yǔ)音生物標(biāo)志物進(jìn)行聲學(xué)分析,從而診斷和監(jiān)測(cè)人體健康狀況,提供疾病篩查和管理解決方案。用戶通過(guò)智能手機(jī)訪問(wèn)名為Sonde One的應(yīng)用軟件,即可看到“呼吸系統(tǒng)癥狀風(fēng)險(xiǎn)”的部分,完成一份簡(jiǎn)單問(wèn)卷(包含7個(gè)問(wèn)題)之后,按要求吸氣并保持一個(gè)元音“啊——”的語(yǔ)音至少6秒鐘,該應(yīng)用程序就會(huì)告訴用戶其所處的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

該應(yīng)用程序依賴于Sonde Health建立在從80,000多個(gè)人收集的超過(guò)100萬(wàn)個(gè)人類聲音樣本上的機(jī)器學(xué)習(xí)模型,感知和分析聲音中的細(xì)微變化,來(lái)識(shí)別例如咳嗽、哮喘、COPD(慢性阻塞性肺疾病)等呼吸系統(tǒng)疾病的癥狀,6秒鐘的語(yǔ)音采樣可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確率達(dá)70%以上。Sonde Health首席執(zhí)行官David Liu表示,“無(wú)論是呼吸系統(tǒng)疾病、哮喘還是COVID-19,給我們6秒鐘的聲音片段,即可清楚地告訴用戶,他的健康狀況怎樣”。

雖然應(yīng)用程序篩查不能代替臨床醫(yī)生的診斷,但可用作COVID-19的早期預(yù)警系統(tǒng)。而且,這種操作,就如同測(cè)量體溫或血壓一樣簡(jiǎn)單。目前,美國(guó)和印度的10家公司正在使用Sonde Health的技術(shù)來(lái)幫助員工篩查 COVID-19,David Liu表示,如果每天有很多人使用它,其語(yǔ)音篩查測(cè)試可能有助于遏制激增的流行病。另一家以色列初創(chuàng)公司Vocalis Health同樣聚焦于醫(yī)療領(lǐng)域的人工智能和語(yǔ)音分析應(yīng)用。

今年2月份,Vocalis Health宣布,其COVID-19篩查工具Vocalis Check在大型臨床研究中成功驗(yàn)證,并已獲得CE標(biāo)志,成為首個(gè)獲得CE批準(zhǔn)的 COVID-19篩查醫(yī)療設(shè)備。

Vocalis Check是一款軟件,同樣可通過(guò)智能手機(jī)或Web應(yīng)用程序訪問(wèn)。用戶只需從50數(shù)到70,其錄音就會(huì)被轉(zhuǎn)換為包含512個(gè)語(yǔ)音生物標(biāo)志物組成的圖像,即頻譜圖,應(yīng)用人工智能,這些圖片與基于臨床試驗(yàn)中COVID-19陽(yáng)性參與者的錄音的合成圖像進(jìn)行比較,以確定它們之間的相關(guān)性。在不到一分鐘的時(shí)間里,Vocalis Check將做出判斷,再通過(guò)隨后的拭子測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證或否定。

Vocalis Health一直在收集公共聲音樣本,并與以色列國(guó)防部協(xié)調(diào),從而獲取明確感染者的頻譜圖。據(jù)稱,Vocalis Health的COVID-19聲音生物標(biāo)志物在評(píng)估一個(gè)人是否感染 COVID-19的風(fēng)險(xiǎn)方面準(zhǔn)確度超過(guò)80%。目前市場(chǎng)上檢測(cè)COVID-19主要是PCR核酸檢測(cè)法,這是一種相對(duì)昂貴、資源密集和耗時(shí)的方法。而利用聲音生物標(biāo)志物這樣的高度可擴(kuò)展的篩查方法可以填補(bǔ)當(dāng)前COVID-19篩查方法的空白。

Vocalis Health還與大孟買市政公司 (MCGM) 合作,在COVID-19大流行期間設(shè)立的醫(yī)療中心開(kāi)展為期一個(gè)月的聲音測(cè)試試點(diǎn),測(cè)試了2000多人,包括英語(yǔ)、印地語(yǔ)、馬拉地語(yǔ)和古吉拉特語(yǔ)等,以突破語(yǔ)言本身的限制。Vocalis Health首席醫(yī)療官Shady Hassan博士認(rèn)為,聲音生物標(biāo)志物檢測(cè)并非旨在取代PCR測(cè)試,這是為了篩查,而不是診斷。

通過(guò)快速?gòu)V泛的篩查提供可靠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分來(lái)指導(dǎo)可能需要額外診斷測(cè)試的人,從而使衛(wèi)生系統(tǒng)能夠更有效地分配診斷資源,這也是聲音生物標(biāo)志物檢測(cè)的重要價(jià)值之一。

02

心理和精神疾病領(lǐng)域的探索

相對(duì)于像COVID-19這樣的生理疾病,也許更引人關(guān)注的,是人工智能驅(qū)動(dòng)的語(yǔ)音生物標(biāo)志物識(shí)別技術(shù)是否能夠幫助診斷心理和精神疾病。

以前,我們總將生理疾病的考慮優(yōu)先于精神疾病,因?yàn)樯�理疾病更容易被監(jiān)測(cè)和治療,而現(xiàn)在,人們正在更加開(kāi)放地看待精神健康問(wèn)題,那么,語(yǔ)音生物標(biāo)志物可否用于精神疾病的“數(shù)字化”?

人類在說(shuō)話時(shí),哪怕是一個(gè)簡(jiǎn)單的詞語(yǔ),都需要大腦中的多個(gè)神經(jīng)回路進(jìn)行復(fù)雜協(xié)調(diào)、對(duì)呼吸系統(tǒng)進(jìn)行精確的控制、掌握好協(xié)調(diào)的肌肉骨骼系各個(gè)部分的激活時(shí)間,這樣才能控制整個(gè)聲道的發(fā)音清晰度。人體在發(fā)聲時(shí)對(duì)于全身系統(tǒng)協(xié)調(diào)的依賴,可為研究機(jī)構(gòu)提供監(jiān)測(cè)疾病的新思路。

因?yàn)槿梭w發(fā)聲的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的生物標(biāo)記物,當(dāng)身體出現(xiàn)健康問(wèn)題時(shí),疾病的特異性干擾會(huì)對(duì)某個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生細(xì)微、難以察覺(jué)、但具有特性的變化,生物標(biāo)記物含量由此產(chǎn)生變化。而這種變化,是可以利用機(jī)器來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算的。

此類變化和關(guān)聯(lián)無(wú)法被人耳識(shí)別,但卻可以被語(yǔ)音生物標(biāo)記技術(shù)檢測(cè)到。這和我們的視力很相似,人眼可以看到一個(gè)特定的光譜,但實(shí)際上現(xiàn)實(shí)中還存在更多的光譜,我們?nèi)庋鄄⒉荒芸吹�。以抑郁癥為例,患者往往會(huì)表現(xiàn)出言語(yǔ)遲緩、音量不穩(wěn)定、發(fā)聲顫抖、語(yǔ)言韻律異常等癥狀。

麻省理工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn),抑郁癥患者治療前較治療后,聲帶發(fā)聲的時(shí)刻和強(qiáng)度在每次聲帶振動(dòng)的周期中,波動(dòng)都比較顯著,并且波動(dòng)程度與抑郁癥的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。隨后,他們利用自動(dòng)分類算法,實(shí)現(xiàn)了精確度可以達(dá)到80%-90%的抑郁癥預(yù)測(cè)。Sonde Health已在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上,研發(fā)了用于檢測(cè)和診斷精神疾病的產(chǎn)品。Sonde Health很早就意識(shí)到聲音對(duì)個(gè)人健康有意義的預(yù)測(cè)指標(biāo),開(kāi)始研究語(yǔ)音和不同疾病之間的關(guān)聯(lián)。比如,建立語(yǔ)音和MRI腦白質(zhì)(抑郁癥診斷)之間的關(guān)聯(lián),語(yǔ)音和海馬體萎縮(老年癡呆診斷)之間的關(guān)聯(lián),等等。

目前,Sonde Health已經(jīng)經(jīng)過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)證明,通過(guò)智能手機(jī),在不記錄人們具體說(shuō)話內(nèi)容,僅提取語(yǔ)音特征的情況下,通過(guò)分析患者語(yǔ)音的短片段,便可查找可能指向早期健康狀況的異�，F(xiàn)象,監(jiān)測(cè)從呼吸系統(tǒng)疾病到帕金森病、慢性老年病等各種疾病,以及人體精神問(wèn)題,包括抑郁癥、產(chǎn)后抑郁、認(rèn)知障礙和腦震蕩等。

Sonde Health的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在不斷發(fā)展迭代。第一代技術(shù)在使用時(shí),要求用戶必須閱讀固定文本或回答問(wèn)題,且用戶必須處在特定環(huán)境中進(jìn)行。目前,Sonde Health技術(shù)已可導(dǎo)入手機(jī)等隨身電子設(shè)備中,通過(guò)語(yǔ)音實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶健康情況,并及時(shí)提供治療方案。Sonde Health首席運(yùn)營(yíng)官Jim Harper聲稱,“當(dāng)我們分析語(yǔ)音時(shí),并不關(guān)心內(nèi)容,而是關(guān)注語(yǔ)音中各指標(biāo)的變化�！�

其實(shí),Sonde Health并不是第一個(gè)將語(yǔ)音生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于心理疾病檢測(cè)的組織。2015年,紐約大學(xué)Langone醫(yī)學(xué)中心的研究人員便探索出了機(jī)器學(xué)習(xí)AI軟件在健康領(lǐng)域的用途,該軟件旨在通過(guò)語(yǔ)音生物特征識(shí)別PTSD(創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙)、抑郁癥以及其他心理疾病。研究人員使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)了30種語(yǔ)音特征,比如,機(jī)器學(xué)習(xí)算法顯示,在250多名患有創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的個(gè)體中,發(fā)音中的元音間隔明顯縮短等。

這些特征可能區(qū)分出創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的退伍軍人和未受影響的退伍軍人(或健康對(duì)照組),這個(gè)方法被用于一項(xiàng)為期5年的前瞻性大型隊(duì)列研究。在開(kāi)發(fā)的早期階段,研究人員就發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以診斷PTSD的準(zhǔn)確性為77%。2016年,梅奧診所與以色列語(yǔ)音分析公司Beyond Verbal(該公司后與Healthymize公司合并為Vocalis Health)合作的研究發(fā)現(xiàn),13個(gè)語(yǔ)音特征和冠心病存在相關(guān)性,其中一個(gè)語(yǔ)音特征會(huì)增加冠心病19倍的發(fā)生概率。

這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)語(yǔ)音特征和純粹的身體疾病存在相關(guān)性,這意味著,醫(yī)生可以使用語(yǔ)音分析的軟件作為一種無(wú)創(chuàng)、輔助診斷工具。目前,語(yǔ)音生物標(biāo)志物技術(shù)領(lǐng)域除了Vocalis Health與Sonde Health,還包括抑郁癥診斷語(yǔ)音分析領(lǐng)域的龍頭Ellipsis Health(該公司剛完成2600萬(wàn)美元A輪融資),AI語(yǔ)音診斷技術(shù)研發(fā)商Winterlight Labs,以及專注識(shí)別焦慮和抑郁等疾病的Kintsugi(該公司剛完成一輪800萬(wàn)美元的種子輪融資)。市場(chǎng)研究和咨詢公司Fact．MR的報(bào)告預(yù)測(cè),在2018-2027年的預(yù)測(cè)期內(nèi),語(yǔ)音生物標(biāo)志物的全球市場(chǎng)將達(dá)到23．3%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。

但一些計(jì)算機(jī)科學(xué)家對(duì)使用人工智能來(lái)追蹤精神障礙,特別是像抑郁癥這樣的嚴(yán)重障礙持保留意見(jiàn),認(rèn)為通過(guò)語(yǔ)音檢測(cè)抑郁癥的想法很難提供出高度精確的結(jié)果。另外,擔(dān)心該技術(shù)避免不了AI技術(shù)的“偏見(jiàn)”頑疾,出現(xiàn)誤診。

03

打開(kāi)個(gè)體化醫(yī)療之門?

語(yǔ)音技術(shù)一直是這兩年資本市場(chǎng)和巨頭追逐的寵兒。

從蘋果的Siri,微軟的Cortana,谷歌的google Assistant這樣的語(yǔ)音助理,以及Amazon Echo和Google Home進(jìn)入客廳和臥室的智能音箱,到科大訊飛不斷提升的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。語(yǔ)音技術(shù)已融入我們?nèi)粘Ｉ�活的很多�?chǎng)景,而現(xiàn)在,它正在健康醫(yī)療領(lǐng)域開(kāi)疆拓土。

對(duì)于個(gè)人的健康監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō),醫(yī)院的監(jiān)測(cè)往往只是一個(gè)“快照”,無(wú)法撲捉連續(xù)的問(wèn)題發(fā)生,持續(xù)監(jiān)測(cè)則可以捕獲醫(yī)院中遺漏的重大身體變化。如何將持續(xù)的數(shù)據(jù)與臨床相結(jié)合?家庭場(chǎng)景下能保證監(jiān)測(cè)精度的語(yǔ)音生物識(shí)別工具,或許是個(gè)有效解決方案。基于聲音的疾病檢測(cè)技術(shù)無(wú)創(chuàng)傷、便宜,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),且尤其適合在遠(yuǎn)程醫(yī)療中使用,這意味著可以覆蓋到更廣闊的地區(qū),惠及更多人群和擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集范圍。它將可能成為亞健康人群或疾病患者的剛需,亦或健康人群進(jìn)行身體健康管理的工具。

這一領(lǐng)域背后存在的巨大商業(yè)機(jī)會(huì),吸引著后來(lái)者不斷進(jìn)場(chǎng)。有業(yè)界人士表示,手機(jī)上的身體健康指標(biāo)的監(jiān)測(cè)有著非常大的市場(chǎng)需求,如果搞定它,將獲得巨大的回報(bào)。Jim Harper表示,醫(yī)療健康領(lǐng)域最古老的工具之一溫度計(jì),因其簡(jiǎn)單易操作以及在臨床環(huán)境之外的廣泛可用性,成了最有價(jià)值的醫(yī)療工具之一。

Sonde Health則希望利用每天數(shù)十億的語(yǔ)音交互,來(lái)創(chuàng)建一個(gè)21世紀(jì)的“溫度計(jì)”,提供精準(zhǔn)醫(yī)療和早期醫(yī)學(xué)模式下所需的廣泛數(shù)字醫(yī)療的決策支持。反觀國(guó)內(nèi),雖然“聲量”不大,但也有企業(yè)已經(jīng)介入語(yǔ)音診斷技術(shù)。比如,科慧健遠(yuǎn)研發(fā)的AI病理機(jī)器人,正在入局兒童自閉癥及語(yǔ)言發(fā)育障礙市場(chǎng)。其研發(fā)的AI病理系列機(jī)器人利用人工智能人臉識(shí)別技術(shù)、眼線眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析技術(shù)、病理語(yǔ)音數(shù)字分析技術(shù)、自閉癥及語(yǔ)言相關(guān)障礙篩查系統(tǒng),對(duì)語(yǔ)言發(fā)育遲緩、兒童構(gòu)音障礙、自閉癥、語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)全面發(fā)育遲緩等疾病進(jìn)行篩查和識(shí)別。其中,病理語(yǔ)音數(shù)字分析技術(shù)通過(guò)提取相關(guān)聲學(xué)特征參數(shù),計(jì)算出綜合聲學(xué)參數(shù),采用雙模塊權(quán)重綜合的方法,篩選出兒童構(gòu)音障礙。而專注做“情緒體檢”的想象科技在2017年就成立了Wonder AI Lab,以探索AI+心理健康的可能性。

2018年,研發(fā)出感知AI模型,該模型可實(shí)時(shí)識(shí)別個(gè)人情緒,再綜合心理、精神疾病等多學(xué)科知識(shí)交叉運(yùn)用,基于權(quán)威EQ專家所標(biāo)記的350多萬(wàn)個(gè)情感音頻數(shù)據(jù),智能語(yǔ)音心理健康平臺(tái)健康歐(Relax O)應(yīng)運(yùn)而生。只需8秒鐘的語(yǔ)音片段,健康歐便可識(shí)別用戶情緒,精準(zhǔn)度高達(dá)95%,據(jù)稱該項(xiàng)技術(shù)甚至領(lǐng)先谷歌。并且,健康歐可提供可視化的情緒卡片解讀,且生成聲音治愈、深度放松、呼吸減壓相結(jié)合的個(gè)性化情緒調(diào)節(jié)方案,利用3分鐘釋放大腦壓力,恢復(fù)身心的最佳狀態(tài)。

當(dāng)下,我國(guó)越來(lái)越重視生命科技和基礎(chǔ)科學(xué)研究,醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)提升到了前所未有的戰(zhàn)略高度。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,“預(yù)測(cè)性、預(yù)防性、個(gè)體化、參與性”(Preventive、Predictive、Personalized、Participatory)的“4P”醫(yī)學(xué)將替代傳統(tǒng)以治為主的診療方式,個(gè)體化醫(yī)療正越來(lái)越受到臨床醫(yī)學(xué)界的重視。目前全球個(gè)體化醫(yī)療檢測(cè)的市場(chǎng)主要分布在北美、歐洲、日本等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體國(guó)家。而在中國(guó),個(gè)體化醫(yī)療市場(chǎng)需求正在“抬頭”。

生物標(biāo)志物是實(shí)施個(gè)體化醫(yī)療的基礎(chǔ),其中,語(yǔ)音生物標(biāo)記物診斷市場(chǎng)或許會(huì)成為增量巨大的熱點(diǎn)之一。未來(lái)在可觀的業(yè)務(wù)收入及利潤(rùn)空間的吸引下,可以想象,隨著各方有實(shí)力的玩家入場(chǎng),AI語(yǔ)音診斷市場(chǎng)將迎來(lái)屬于自己的新格局。