Как диагностировать болезнь Паркинсона по голосу до появления клинических симптомов

Ильдар и Диана Хасановы — кандидаты медицинских наук и эксперты в проблемах нейродегенерации. В 2022 году они начали разработку сервиса Brainphone для раннего выявления болезней Паркинсона и Альцгеймера с помощь ИИ. Эти заболевания опасны тем, что развиваются медленно и скрыто. Нейросеть сервиса легко интегрировать в чат-бот, сайт, приложение или кол-центр. В 2023 году авторы представили проект на интенсиве «Архипелаг».

Болезнь Паркинсона — это заболевание головного мозга, которое проявляется преимущественно в нарушениях движения: скованностью, замедленностью, изменением походки. Важно: когда эти признаки становятся явными, заболевание уже находится на поздней стадии.

Болезни подвержено старшее поколение: начиная с 50 лет пациент попадает в зону риска, и эта тенденция характерна для любого региона мира и национальности.

Заболевание неизлечимо, но чем раньше его выявляют, тем эффективнее можно работать с его симптомами. Пациент сможет дольше сохранять активность и независимость — это снизит нагрузку на его семью и близких.

И, конечно, это экономически выгодно для государства. Исследование, проведенное несколько лет назад, показало, что пациент обходится государству примерно в 700 тысяч рублей в год, в первую очередь, за счет непрямых расходов от потери трудоспособности и социальных выплат. В России сейчас зарегистрировано около 300 тысяч пациентов с болезнью Паркинсона. Отсрочка инвалидизации хотя бы на год в масштабах страны может сэкономить государству более 400 миллиардов рублей ежегодно.

Нет единого лабораторного анализа, который бы однозначно подтверждал наличие заболевания. В качестве вспомогательных инструментов врачи используют МРТ, транскраниальную сонографию и другие диагностические методы.

В последние годы значительные усилия в области ранней диагностики болезни Паркинсона были направлены на поиск биомаркеров. Один из перспективных методов — анализ неправильно свернутых белков, таких как альфа-синуклеин. Этот белок можно обнаружить в спинномозговой жидкости и иных тканях человека. Однако специфичность этих методов пока оставляет желать лучшего. Плюс присутствие альфа-синуклеина не всегда говорит об отклонении — он может присутствовать и в норме, это усложняет диагностику.

Бляшки в конечном итоге приводят к смерти нейрона: они препятствуют выполнению жизненно важных функций клетки, поэтому включается запрограммированная клеточная гибель — апоптоз. В результате смерти критического количества нейронов развиваются признаки болезни: нарушения движений при болезни Паркинсона и когнитивных функций при болезни Альцгеймера. Это происходит очень долго. И да, функциональные связи между нейронами радикально меняются с гибелью нейронов.

Пока нет препаратов, которые излечивают болезнь Паркинсона. Однако есть лекарства, которые могут значительно продлевать ранние стадии заболевания. Например, леводопа, изобретенная в середине XX века, существенно улучшает качество жизни пациентов, позволяет им дольше сохранять активность и самостоятельность.

Наиболее распространенные симптомы болезни Паркинсона: тремор, болезненные непроизвольные сокращения мышц и речевые нарушения. Исследования, которые начали больше 50 лет назад, показали, что голос пациентов с болезнью Паркинсона становится монотонным и тихим. Эти изменения появляются одними из первых, однако человеческое ухо не всегда может их уловить.

Клинические рекомендации по болезни Паркинсона, принятые в 2022 году в России, также указывают на важность внимания к изменениям голоса у пациентов.

Голос пациента анализируют с помощью искусственного интеллекта. Человек выполняет простое задание, например, произносит длинный звук или что-то рассказывает. Можно говорить что угодно, но не меньше 10 секунд.

Нейросеть, привязанная к приложению или сайту, изучает голосовые данные и выдает результаты. При наличии стабильного интернета весь процесс занимает меньше минуты. После теста — при положительном результате — пациент получает на смартфон рекомендации для посещения профильного специалиста и список врачей.

Для обучения нейросетей команда использовала собственный уникальный датасет голосов пациентов, так как существующие открытые датасеты часто низкого качества и англоязычные.

В процессе разработки используют голоса здоровых людей и пациентов с диагнозом. Врачи неврологи-паркинсонологи заранее осматривают доноров голосов, а затем их разделяют на группы по полу, возрасту и языковым особенностям.

Сегодня база данных включает больше 6000 уникальных записей, и ее постоянно пополняют, сотрудничая с медицинскими специалистами по всей России.

Сейчас нейродегенеративные заболевания выявляет врач в кабинете. Специализированные диагностические центры есть только в Казани, Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Красноярске, Оренбурге и некоторых других городах России. Там всегда очереди на прием.

Сервис, который устанавливают в чат-бот и приложение, — это возможность обеспечить доступный скрининг болезни Паркинсона для всех.

Сервис позволит врачам общей практики проводить диагностику в любом регионе, принимать решения о дальнейшей тактике ведения пациента и направлять их к специалистам на ранних стадиях заболевания.

Сервис работает на обычном смартфоне. Достаточно десятисекундной записи голоса, которая отправляется на сервер, обрабатывается там, и через минуту пользователь получает ответ, есть ли признаки болезни.

Сервис проходит пилотные испытания и клиническую апробацию. Тесты проводят в Москве и Казани. Прототип продемонстрировал хорошие результаты, которые опубликовали в российских и международных научных журналах и представили на международных конференциях.

Для запуска пилотов нет необходимости получать статус медицинского изделия. Основные задачи на данном этапе — выполнить все необходимые процедуры и протоколы. Финансирование проект получает за счет грантов, в том числе от Фонда содействия инновациям.

Для развития проекта, обмена знаниями и опытом необходимы дальнейшие исследования и сотрудничество с международными организациями, такими как The International Parkinson and Movement Disorder Society (MDS). Работа над нейросетью и интерфейсом продолжается, команда планирует выход на рынок медицинских услуг после получения регистрационного удостоверения, примерно через полтора года.