چسب نرم و کششی گلو، گفتار را در افراد مبتلا به اختلالات صوتی تقویت می کند

افراد مبتلا به اختلالات صوتی، از جمله افرادی که دارای بیماری های پاتولوژیک تارهای صوتی هستند یا در حال بهبودی پس از جراحی سرطان حنجره هستند، اغلب ممکن است صحبت کردن برایشان مشکل یا غیرممکن باشد. این ممکن است به زودی تغییر کند.

تیمی از مهندسان UCLA یک دستگاه نرم، نازک و کششی به اندازه بیش از 1 اینچ مربع اختراع کرده اند که می تواند به پوست خارج از گلو متصل شود تا به افرادی که تارهای صوتی ناکارآمد دارند کمک کند تا عملکرد صدای خود را بازیابند. جزئیات پیشرفت آنها در این هفته در مجله آمده است ارتباطات طبیعت.

سیستم بیوالکتریک جدید که توسط Jun Chen، استادیار مهندسی زیستی در دانشکده مهندسی UCLA Samueli و همکارانش ساخته شده است، قادر است حرکت در ماهیچه های حنجره فرد را تشخیص دهد و آن سیگنال ها را با کمک ماشین به گفتار شنیدنی تبدیل کند. فناوری یادگیری -؛ با دقت نزدیک به 95 درصد

این پیشرفت آخرین تلاش چن برای کمک به افراد دارای معلولیت است. تیم او قبلاً یک دستکش پوشیدنی ساخته بود که می‌تواند زبان اشاره آمریکایی را به زبان انگلیسی در زمان واقعی ترجمه کند تا به کاربران ASL کمک کند تا با کسانی که نمی‌دانند چگونه امضا کنند ارتباط برقرار کنند.

دستگاه جدید وصله مانند از دو جزء تشکیل شده است. یکی، یک مؤلفه حسگر خود نیرو، سیگنال‌های تولید شده توسط حرکات ماهیچه‌ای را به سیگنال‌های الکتریکی قابل تحلیل با وفاداری بالا شناسایی و تبدیل می‌کند. سپس این سیگنال های الکتریکی با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشینی به سیگنال های گفتاری تبدیل می شوند. دیگری، یک مؤلفه فعال سازی، آن سیگنال های گفتار را به بیان صدای مورد نظر تبدیل می کند.

این دو جزء هر کدام شامل دو لایه هستند: یک لایه از ترکیب سیلیکونی زیست سازگار پلی دی متیل سیلوکسان یا PDMS، با خواص کشسانی، و یک لایه القایی مغناطیسی ساخته شده از سیم پیچ های القایی مس. بین این دو جزء، لایه پنجم حاوی PDMS مخلوط با ریزمغناطیس است که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

این دستگاه با استفاده از مکانیزم حسگر مغناطیسی الاستیک نرم که توسط تیم چن در سال 2021 توسعه یافت، می‌تواند تغییرات میدان مغناطیسی را در صورت تغییر در نتیجه نیروهای مکانیکی تشخیص دهد. در این مورد، حرکت عضلات حنجره. سیم پیچ های القایی سرپانتین تعبیه شده در لایه های مغناطیسی الاستیک به تولید سیگنال های الکتریکی با کیفیت بالا برای اهداف سنجش کمک می کند.

این دستگاه با اندازه 1.2 اینچ در هر طرف، وزن آن حدود 7 گرم و ضخامت آن تنها 0.06 اینچ است. با چسب دو طرفه زیست سازگار، می‌تواند به راحتی به گلوی فرد نزدیک محل تارهای صوتی بچسبد و در صورت نیاز با استفاده مجدد از نوار، مجدداً استفاده شود.

اختلالات صدا در تمام سنین و گروه های جمعیتی شایع است. تحقیقات نشان داده است که نزدیک به 30 درصد از افراد حداقل یکی از این اختلالات را در طول زندگی خود تجربه خواهند کرد. با این حال، با رویکردهای درمانی، مانند مداخلات جراحی و صدا درمانی، بازیابی صدا می تواند از سه ماه تا یک سال طول بکشد، با برخی از تکنیک های تهاجمی که نیاز به یک دوره قابل توجهی از استراحت صوتی اجباری پس از عمل دارند.

چن که سرپرستی گروه تحقیقاتی بیوالکترونیک پوشیدنی در UCLA را بر عهده دارد، گفت: «راه‌حل‌های موجود مانند دستگاه‌های الکتروحنجره دستی و روش‌های سوراخ کردن نای مری می‌توانند ناخوشایند، تهاجمی یا ناراحت‌کننده باشند.» یک ردیف. این دستگاه جدید یک گزینه پوشیدنی و غیر تهاجمی را ارائه می دهد که می تواند به بیماران در برقراری ارتباط در طول دوره قبل از درمان و در طول دوره بهبودی پس از درمان برای اختلالات صوتی کمک کند.

چگونه یادگیری ماشینی فناوری پوشیدنی را فعال می کند

محققان در آزمایشات خود، این فناوری پوشیدنی را بر روی هشت بزرگسال سالم آزمایش کردند. آنها داده‌های مربوط به حرکت عضلات حنجره را جمع‌آوری کردند و از یک الگوریتم یادگیری ماشینی برای ارتباط سیگنال‌های حاصل با کلمات خاص استفاده کردند. سپس یک سیگنال صوتی خروجی مربوطه را از طریق مؤلفه فعال سازی دستگاه انتخاب کردند.

تیم تحقیقاتی دقت سیستم را با بیان پنج جمله از شرکت کنندگان نشان داد -; هم با صدای بلند و هم بی صدا -؛ از جمله “سلام راشل، امروز چطوری؟” و من عاشق تو هستم!”

دقت پیش‌بینی کلی مدل 94.68 درصد بود، با سیگنال صوتی شرکت‌کنندگان که توسط مؤلفه فعال‌سازی تقویت می‌شد، نشان می‌داد که مکانیسم حسگر سیگنال حرکت حنجره آنها را تشخیص می‌دهد و با جمله مربوطه ای که شرکت‌کنندگان می‌خواستند بگویند مطابقت دارد.

در آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد به گسترش واژگان دستگاه از طریق یادگیری ماشینی ادامه دهد و آن را در افراد مبتلا به اختلالات گفتاری آزمایش کند.

سایر نویسندگان مقاله عبارتند از دانشجویان فارغ التحصیل UCLA Samueli، Ziyuan Che، Chrystal Duan، Xiao Wan، Jing Xu و Tianqi Zheng -؛ همه اعضای آزمایشگاه چن

این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت، دفتر تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده، انجمن قلب آمریکا، بنیاد تحقیقات مغز و رفتار، مؤسسه علوم بالینی و ترجمه UCLA و دانشکده مهندسی UCLA Samueli تأمین مالی شد.