درمان اختلالات تارهای صوتی با دستگاهی نوین

محققان دستگاهی نوین ساخته اند که می تواند به افراد مبتلا به تارهای صوتی آسیب دیده برای بازیابی عملکرد صدایشان کمک کند.

به گزارش تکناک، صحبت کردن برای افرادی که ناهنجاری‌های صوتی دارند، از جمله کسانی که بیماری‌های پاتولوژیک تارهای صوتی دارند یا پس از انجام عمل‌های سرطان حنجره در حال بهبودی هستند، اغلب دشوار یا غیرممکن است.

برای کمک به چنین مواردی، محققان دانشگاه UCLA دستگاهی نازک، انعطاف‌پذیر و نرم ساخته‌اند که کمی بزرگ‌تر از  2.54 سانتی‌متر است. این دستگاه باید روی پوست خارج از گلو اعمال شود و به افرادی که تارهای صوتی ناقص دارند کمک کند تا توانایی صحبت کردن خود را بازیابی کنند.

با کمک فناوری یادگیری ماشینی، این دستگاه می‌تواند سیگنال‌های ماهیچه‌های حنجره متحرک فرد را با دقت تقریباً 95 درصد به گفتار قابل شنیدن تفسیر کند.

محققان گروه مهندسی دانشکده UCLA Samueli قبلاً یک دستکش ایجاد کرده بودند که می‌توانست گفتار زبان اشاره آمریکایی (ASL) را به زبان انگلیسی در زمان واقعی ترجمه کند و ارتباط بین کاربران اشاره آمریکایی و افرادی که با این زبان آشنا نبودند را تسهیل کند.

جزئیات تحقیق این گروه در مجله Nature Communications منتشر شد.

دستگاهی نوآورانه و کاربرپسند

این دستگاه نوآورانه جدید و وصله‌مانند از دو قسمت تشکیل شده است. یکی از قسمت‌ها یک جزء حسگر مستقل است که سیگنال‌های حرکتی ماهیچه‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی قابل تجزیه و تحلیل با دقت بالا تشخیص داده و ترجمه می‌کند.

سپس یک الگوریتم یادگیری ماشینی این داده‌های الکتریکی را به سیگنال‌های گفتاری ترجمه می‌کند. این تکانه‌های گفتاری توسط یک جزء تحریکی دیگر، به بیان صدای مورد نظر تبدیل می‌شوند.

به گفته محققان، هر جزء دارای دو لایه است: یک لایه القای مغناطیسی متشکل از سیم پیچ‌های القایی مس و یک لایه از ترکیب سیلیکونی زیست سازگار پلی دی متیل سیلوکسان یا PDMS با ویژگی‌های الاستیک. لایه پنجم که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، بین دو جزء دیگر قرار گرفته و حاوی PDMS همراه با ریزمغناطیس است.

این گجت می‌تواند تغییرات میدان مغناطیسی ناشی از نیروهای مکانیکی مانند حرکت عضلات حنجره را تشخیص دهد، زیرا از مکانیزم حسگر مغناطیسی الاستیک نرمی استفاده می‌کند که محققان در سال 2021 ایجاد کرد. لایه های مغناطیسی الاستیک حاوی سیم پیچ‌های القایی تعبیه شده‌ پیچیده‌ای هستند که سیگنال‌های الکتریکی با کیفیت بالا را برای کاربردهای سنجش تولید می‌کنند.

هر طرف این دستگاه فقط 3.048 سانتیمتر قطر دارد، حدود 7 گرم وزن دارد و تنها 0.1524 سانتیمتر ضخامت دارد که این ابعاد کارایی آن را تسهیل می‌کند. نوار دو طرفه زیست سازگار این دستگاه به راحتی روی گردن فرد نزدیک آکوردهای صوتی اعمال می‌شود و می‌توان با استفاده مجدد از نوار در صورت لزوم دوباره از آن استفاده کرد.

راه‌حل‌های موجود برای درمان ناهنجاری‌های صوتی مانند استفاده از دستگاه‌های الکترو حنجره دستی و سوراخ کردن نای، ممکن است ناخوشایند، تهاجمی یا ناراحت کننده باشند. جون چن، سرپرست گروه تحقیقاتی این دستگاه بیوالکترونیک و پوشیدنی توسعه یافته در دانشگاه  UCLA، گفت: این دستگاه جدید گزینه‌ای پوشیدنی و غیر تهاجمی را ارائه می‌دهد که می‌تواند به بیماران در برقراری ارتباط در طول دوره قبل از درمان و دوره بهبودی پس از درمان اختلالات صوتی کمک کند.

نقش یادگیری ماشینی

هشت فرد سالم در آزمایش‌هایی شرکت کردند که در آن محققان کارایی این دستگاه پوشیدنی را ارزیابی کردند. با جمع‌آوری داده‌ها در مورد حرکت حنجره، آنها توانستند کلمات خاصی را با سیگنال‌های تولید شده توسط یک الگوریتم یادگیری ماشینی مرتبط کنند. سپس از مؤلفه فعال سازی ابزار برای انتخاب سیگنال گفتار خروجی مناسب استفاده کردند.

از شرکت‌کنندگان خواسته شد که پنج جمله را بی صدا و با صدای بلند بگویند.

محققان ادعا می‌کنند که در این آزمایش مولفه تحریک سیگنال صوتی شرکت‌کنندگان را تقویت شد،که نشان می‌دهد این دستگاه، مکانیسم حسی سیگنال حرکت حنجره آنها را تشخیص داده و با جمله مربوطه که شرکت‌کنندگان می‌خواهند تلفظ کنند، مطابقت دارد. این یافته منجر به دقت پیش‌بینی کلی 94.68 درصد این دستگاه شد.

در آینده محققان این مطالعه قصد دارند این گجت را بر روی افراد دارای اختلالات گفتاری آزمایش کنند و دایره لغات آن را از طریق یادگیری ماشینی گسترش دهند.