Восстановить речь

Научившись говорить, мы произносим слова автоматически, не задумываясь, что за этим стоит сложная работа целого ряда органов. Если в этой цепочке возникают какие-то нарушения, то способность к речи может быть частично или полностью утрачена. Недавно сотрудники лаборатории безопасных биомедицинских технологий Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) совместно со специалистами НИИ онкологии Томского НИМЦ при поддержке Российского научного фонда разработали программно-аппаратный комплекс по восстановлению речи для онкологических больных, перенесших операцию на гортани.

В формировании речи участвуют язык, горло, голосовые связки. При онкологических заболеваниях нередко приходится удалять ткани в области шеи и горла, а то и всю гортань, причем восстановить их до прежнего, здорового, уровня не представляется возможным. В результате пациент после операции испытывает проблемы с речью. Например, ему сложно бывает произносить какие-то звуки, или речь вообще становится невнятной. Ясно, что качество жизни человека снижается, так как ему сложно контактировать с другими людьми.

Единственный способ помочь таким людям – это специальные тренировки. Томские ученые создали методику восстановления речи с использованием технических методов и математического моделирования. В ней используются интеллектуальная система измерения параметров голоса, принципы биологической обратной связи, а также технологии нейронных сетей. В частности, при помощи нейросетей глубокого обучения проводится сравнительная оценка разборчивости произнесения пациентом отдельных слогов. Первая версия программы была внедрена в Томском НИИ онкологии еще в 2004 году. В дальнейшем на ее основе была разработана новаторская методика, позволяющая на более современном уровне решать проблему реабилитации голосовой функции.

На первом этапе происходит оценка громкости и продолжительности речи пациентов. Эти опции присутствовали уже в первой программной версии. В новом варианте определяется частота основного тона голоса в режиме реального времени.

«Нам удалось добиться снижения погрешности определения частоты основного тона до 1-3%, в предыдущей версии программного обеспечения эта погрешность составляла 6-15%, – рассказывает Сергей Харченко, один из разработчиков программы, аспирант кафедры комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС) ТУСУР. – Важно, что это удалось реализовать в режиме реального времени. Программе достаточно 15 миллисекунд для определения, с какой частотой пациент произнес необходимый звук, фразу длительностью в 50 миллисекунд. Это значит, что программа сразу же даст отклик: на экране компьютера появится надпись, получилось ли взять необходимую частоту».

Предполагается, что тренировки с помощью новой технологии позволят уменьшить срок реабилитации, повысить ее эффективность, а также улучшить социальную адаптацию и качество жизни пациентов.

«Разработка исключает человеческий фактор, позволяет проводить анализ объективно и точно, – говорит ведущий научный сотрудник отдела опухолей головы и шеи НИИ онкологии Томского НИМЦ Лидия Балацкая. – В настоящее время она оказывает реальную помощь онкологическим больным: программу реабилитации с использованием комплекса прошел 21 пациент». По словам Балацкой, срок реабилитации по новой методике составляет 3-4 недели, тогда как по старой на это уходило от двух месяцев до полугода.

Также ученые постоянно ищут способы помочь тем, кто полностью или частично утратил речь после инсультов и других мозговых нарушений.

Мы говорим благодаря тому, что в нашем мозгу имеются центры, управляющие речью. Даже если все в порядке с остальными органами, отвечающими за речь, при нарушении нейронных связей возникают проблемы. Человек вообще не может говорить, либо его речь становится медленной и неразборчивой. Скажем, если ребенок страдает дислексией, ему сложно ассоциировать буквы со звуками. В результате он с трудом соединяет отдельные слоги в слова, а тем более слова в предложения, часто пишет и говорит с ошибками. Наверняка вы встречали детей, а то и взрослых, у которых «каша во рту». И не всегда в такой ситуации помогает логопед.

До недавнего времени считалось, что причина дислексии кроется в нарушении звукового восприятия. Однако нейробиологи из Левенского католического университета (Бельгия) опровергли это мнение. Они пришли к выводу, что при этой патологии нарушается обмен данными между слуховыми анализаторами и другими языковыми центрами нашего мозга, которые занимаются распознаванием речи, скажем, отличают одни звуки от других, фиксируют продолжительность и ритм произносимых слов. Если бы все дело было, грубо говоря, только в ушах, то дислексики просто не понимали бы обращенной к ним речи, полагают ученые. Между тем у них нет проблем с восприятием слов, произнесенных вслух. Сравнив мозговую активность двух групп взрослых людей – нормальных и страдающих дислексией, бельгийцы обнаружили, что все они воспринимают звуки абсолютно одинаково, следовательно, нет смысла в данном случае говорить об аномалии первичных или вторичных слуховых анализаторов.

Тем не менее были зафиксированы различия в структуре белого вещества, которое соединяет слуховую кору с левой нижней лобной извилиной. В задачи последней как раз и входит обработка словесной информации, что приводит к формированию речи. Белое вещество способствует передаче информации между мозговыми центрами, а у дислексиков координация между слуховым и речевым центрами оказалась нарушена.

Не исключено, что, разобравшись в механизмах возникновения этого недуга, можно будет улучшить связь между соответствующими мозговыми центрами, используя щадящие методы, не требующие хирургического вмешательства.

Что же касается тех, у кого в результате инсультов или травм нарушилась работа речевых центров, то им, возможно, поможет имплантация специального чипа, который сможет восстановить разорванные нейронные связи. Такие устройства сегодня уже разработаны в большом количестве и проходят испытания.

Лада КОВАЛЕНКО