Изкуствен интелект ще ни казва защо плачат бебетата

Екип от американските изследователи от Университета на Северен Илинойс (Department of Electrical Engineering, Northern Illinois University и Колежа на Ню Джърси (Department of Biology, The College of New Jersey) създадоха изкуствен интелект, който различава и класифицира виковете на децата. По техните думи, алгоритъмът по закономерностите на издаваните звуци от бебетата може да определи техните нужди (глад, сън, смяна на пелени, внимание) или изпитват чувство на дискомфорт, най-често болка. Работата е публикувана в списание Journal of Automatica Sinica.

Всеки родител, особено по-неопитните, познава чувството на тих ужас, когато не може да разпознае причината за плача на бебето, чудейки се дали е гладно, мокро, уморено, нуждае се от прегръдка или нещо го боли. От друга страна, опитните здравни работници и по-опитните родители могат доста точно да различават много от нуждите на бебето въз основа на определени звуци, когато то по някаква причина плаче. Естествено, виковете на всяко бебе са уникални, но в тях има и някои общи характеристики, когато те произтичат по едни и същи причини. Именно в идентифицирането на скритите общи модели в плача на децата е било основното предизвикателство пред изследователския екип и използването на изкуствен интелект се оказало подходящото решение в този контекст.
Новото изследване използва специфичен алгоритъм, базиран на автоматизираното разпознаване на реч, който открива и разпознава характеристиките на детските викове. За да анализира и класифицира тези сигнали, екипът е използвал методът на компресираното отчитане (compressed sensing), като начин за по-ефективно обработване на големи бази данни. Методът позволява невронната мрежа да получава и да възстановява не особено разпознаваеми сигнали (по-свити или разтегнати), използвайки знанията си от предходните данни. Този метод е особено полезен, когато се записват звуци в шумна среда, което обикновено се случва в средата, където се намира бебето. В разработения нов алгоритъм особено важно е че той може да класифицира виковете на децата на нормални (при естествена нужда) и на ненормални (при болка или болестно състояние), и то в шумна среда.

Учените провели своите изследвания в отделение за интензивна терапия на новородени. Наблюдавани били 26 бебета на възраст от три дена до шест месеца. От тях 11 са били момиченца. Учените с помощта на опитни медицински сестри успели да разграничат пет основни вида викове, свързани с глад, сън, необходимост от смяна на пелени, нужда от внимание и дискомфорт. Тези пет основни звукови модела били разделени на две категории: нормални и ненормални. Към втората група се отнася недоволството, когато бебето изпитва дискомфорт , тъй като този вид вик най-често е свързан с изпитвана болка и болестно състояние. За потвърждаване на верността на установените връзки, специалистите анализирали също невербалните и инстинктивни реакции на децата.
„Както и в случая с речта, различните звуци, издавани от децата, съдържат много информация за здравето. Разликите между звуковите сигнали носят информация. Тези разлики могат да бъдат разпознати по особеностите на всеки отделно взет сигнал. За да можем да използваме тази информация , ние трябва да я свържем с реалната функционална нужда” – казва Личуан Лю (Lichuan Liu), водещ автор в изследването и професор в Department of Electrical Engineering, Northern Illinois University.
За всичките пет категории звуци изследователите определили характерната честота и времевия интервал. С помощта на алгоритъма екипът успял да фиксира 151 „викове за внимание”, 137 „викове за смяна на пелена”, 422 „ викове за глад”, 79 „ викове за сън” и 182 „викове за дискомфорт”. Тъй като алгоритъмът не зависи от индивидуалните характеристики на плача на бебето, той може да се използва практически за разпознаване и класифициране на различните бебешки викове, което ще даде по-добро разбиране защо бебетата плачат и колко спешно трябва да се реагира.

В бъдеще учените искат да проведат по-мащабни изследвания за да могат потвърдят своите наблюдения. Така изкуственият интелект може да стане помощник както на родителите, така и на лекарите, особено на тези, които работят в интензивни отделения за определяне нуждите на бебетата .