Baby ex machina: как алгоритмы понимают младенцев

Плач, как ни прискорбно, — единственный способ коммуникации для младенцев. Так дети устанавливают эмоциональную связь с родителями и доносят информацию об актуальных потребностях и состоянии здоровья. Основной фокус ранних исследований плача младенцев был направлен на «сообщения» о потребности в пище, внимании или смене подгузника, однако разработанные алгоритмы работали лишь в индивидуальных случаях. Есть и менее изученный тип плача, который может быть сигналом боли или серьезных заболеваний, — атипичный плач. Он важнее всего для исследователей и родителей.

Как расшифровать неизвестный язык?

Большинству людей не вполне понятен «перевод» плача детей. Но есть и те, кто понимает этот язык — профессиональные неонатальные медсестры. Именно их исследователи пригласили в качестве переводчиков. Медсестры, родители и опекуны, используя контекст и профессиональный опыт, определяли причины плача на 48 записях 26 младенцев в возрасте от 3 дней до 6 месяцев. Запись проводилась в отделении интенсивной неонатальной терапии.

В плаче новорожденных есть определенные паттерны, по которым можно понять, о чем хочет сообщить ребенок:

• Звук neh расценивается экспертами как признак голода. Его специфика обусловлена сосательным рефлексом: язык прижимается к нёбу и получается назальный звук;
• Звук owh получается от зевательного рефлекса и может означать, что ребенок хочет спать;
• Плач со звуком heh расценивается как «я в чем-то нуждаюсь»: это может означать что ребенку холодно, нужно поменять подгузник или сменить положение;
• Звук eair расценивается исследователями как признак болей, вызванных газами. При таком плаче дети часто выпрямляют и сгибают ноги.

Кроме звуковых паттернов, для подтверждения причины плача использовался анализ выражений лица ребенка и его движений. В результате исследователи выделили 5 основных категорий плача: привлечение внимания, необходимость сменить подгузник, голод, сон и дискомфорт. Категория дискомфорт присваивалась атипичному плачу, который мог возникать, если ребенок испытывал боль.

Особенности разных типов плача

Исследователи использовали алгоритм автоматического распознавания речи, чтобы выявить определенные характеристики в каждой из 48 записей. Из анализа графика волны плача стало видно, что каждая категория плача отличается особенным паттерном. Например, плач, означающий «смените мне подгузник» звучит так: сначала плач, затем тишина, а затем высокий свистящий звук на вдохе:

Плач о потребности сменить подгузник: форма волны (вверху), спектрограмма (внизу).

Когда ребенок голодный, его крик громче и дольше, резко обрывается и затем следует тишина. Плач сонного младенца низкий и медленный, он становится громче и громче, а затем медленно затихает.

Голод: форма волны (вверху), спектрограмма (внизу).

Крик, вызванный, например, болью от укола и относящийся к категории дискомфорт, внезапный и громкий, за ним следует тишина — ребенок задерживает дыхание:

Дискомфорт: форма волны (вверху), спектрограмма (внизу)

Это исследование предлагает новый метод детекции и распознавания младенческого плача в условиях постороннего шума. Такой метод не зависит от индивидуальных особенностей ребенка и может быть использован на широкой выборке младенцев для выявления атипичного плача и его причин.

Карина Акопян

Источник: m.vk.com

Комментарии: