«Речевые часы» на основе ИИ умеют оценивать возраст и признаки старения мозга

Крупное исследование показало, что часы машинного обучения на основе речи могут оценивать хронологический возраст человека и давать сведения о старении мозга, биологическом старении, когнитивном здоровье, совокупном бремени болезней и деменции.

В новом исследовании, опубликованном в международном журнале Science Advances, сообщается, что учёные разработали «речевые часы», способные предсказывать хронологический возраст по сотням акустических и лингвистических характеристик речи. Разница между фактическим возрастом и возрастом, предсказанным по речи (так называемая разница в речевом возрасте), оказалась связанной с множеством независимых маркеров биологического старения, состояния мозга, когнитивных функций, социального неблагополучия и деменции.

В анализе участвовали 2928 испаноязычных добровольцев из Аргентины, Чили, Колумбии, Мексики и Перу: здоровые взрослые, а также люди с лёгкими когнитивными нарушениями, болезнью Альцгеймера и разными формами лобно‑височной деменции. Вместо изучения одного показателя голоса исследователи применили машинное обучение к сотням характеристик, фиксирующих как то, что люди говорят, так и как они говорят — скорость речи и паузы, высоту голоса и эмоциональную окраску, словарный запас и семантическую точность, количество и организацию речевых высказываний. Модели объединяли эти признаки, чтобы оценить хронологический возраст и вычислить индивидуальную разницу в речевом возрасте.

Участники, у которых речь выглядела «старше», чем их хронологический возраст, демонстрировали признаки ускоренного старения по нескольким биологическим и клиническим показателям. Разница в речевом возрасте коррелировала с возрастом мозга, измеренным структурной и функциональной нейровизуализацией. Она также была связана с эпигенетическим старением, оценённым по трём независимым часам метилирования ДНК, которые отражают возрастные химические изменения в ДНК.

Большее ускорение речевого возраста ассоциировалось с ухудшением глобального познания, исполнительных функций, повседневной работоспособности и некоторых типов памяти. Эти связи не ограничивались языковыми тестами: возраст речи соотносился и с нелингвистическими когнитивными показателями.

Речевые часы также различали здоровых людей и пациентов с деменцией: здоровые участники имели наименьшую разницу в речевом возрасте, а у людей с болезнью Альцгеймера и при лобно‑височных формах деменции она постепенно увеличивалась. Комплексный показатель речевого возраста лучше разделял клинические группы, чем отдельные акустические или лингвистические признаки по‑отдельности. У пациентов с болезнью Альцгеймера более высокий речевой возраст коррелировал с повышенными уровнями плазменного p‑tau217, одного из ключевых биомаркеров, связанных с патологией Альцгеймера. Тот же показатель на основе речи отслеживал когнитивное и клиническое функционирование.

Речь несёт и социальную информацию. Как среди здоровых участников, так и среди людей с болезнью Альцгеймера и другими формами деменции более выраженное ускорение речевого возраста связано с неблагоприятными жизненными факторами: уровнем образования, финансовыми условиями, отсутствием продовольственной безопасности, доступом к здравоохранению и ранними жизненными обстоятельствами.

«Похоже, что наш голос содержит гораздо больше информации о старении, чем мы считали ранее», — сказал Агустин Ибанез, профессор здоровья мозга в Global Brain Health Институте и Медицинском факультете Тринити‑колледжа Дублина и старший автор исследования.

«Он фиксирует не только ход хронологического времени, но и сигналы от когнитивной сферы, мозга, системной биологии и накопленной социальной среды. Это повышает вероятность того, что простой и доступный инструмент, такой как речевые часы, в сочетании с биомаркерами может дополнять более дорогие показатели старения».

Каков практический смысл этих результатов?

Возможные последствия значительны. Многие современные методы оценки биологического старения требуют МРТ, анализов крови, молекулярных исследований или специализированных клинических тестов. Речь, напротив, можно записать дистанционно, многократно, неинвазивно и с очень низкими затратами. Это особенно важно для стран и сообществ, где продвинутые диагностические технологии недоступны.

Поскольку исследование охватило пять стран Латинской Америки — регион, исторически недостаточно представленный в исследованиях деменции — оно демонстрирует, что сложные биомаркеры старения не обязательно зависят от дорогих технологий, разработанных в высокоресурсных странах.

Авторы подчёркивают, что речевые часы пока не являются диагностическим тестом на деменцию. Исследование носило в основном поперечный характер, поэтому оно не доказывает, предсказывает ли речевой профиль, у кого впоследствии разовьётся когнитивное снижение или деменция. Для клинического применения потребуются продольные исследования, проверка на других языках и культурах и тестирование в более естественных условиях речи.

«Тем не менее общий вывод поразителен: голос человека может давать компактное считывание нескольких аспектов старения», — добавил профессор Ибанез.

«От хронологического возраста до старения мозга, эпигенетических изменений, когнитивных функций, патологий, связанных с болезнью Альцгеймера, социальных факторов и фенотипов деменции — информация, традиционно получаемая с помощью разных и часто дорогостоящих методов, по‑видимому, частично конвергирует в том, как мы говорим.

Если эти результаты подтвердятся в продольных исследованиях и в популяционных выборках, речевые часы могут стать одним из самых масштабируемых инструментов для мониторинга здорового и ускоренного старения, превращая повседневную речь в окно в биологию старения».