باحثون يتوصلون إلى آلية تنهي معاناة من لديهم اضطرابات في الصوت.. "رقعة مرنة"

نشرت مجلة "إيكونوميست" تقريرا استعرضت فيه آلية جديدة توصل إليها باحثون يمكنها أن تساعد من يعانون مشاكل في الصوت.

وقالت المجلة إن الصوت البشري، بكل ما لديه من قوة لإبهار الجماهير، وجذب أحبائهم، وإثارة غضب الجيران، لهو شيء حساس.

وبينت المجلة أنه يتم إنتاج الصوت المميز لكل شخص عندما يتسبب الهواء القادم من الرئتين في اهتزاز الأوتار الصوتية، وهي طيات الأنسجة العضلية في الحنجرة. 

ويمكن أن تتضرر هذه الأوتار الصوتية بسهولة بسبب الإجهاد أو العدوى أو الإفراط في الاستخدام، ولا يقتصر الأمر على فناني الأداء المفرطين في الحماس الذين يتعرضون لخطر إجهاد حناجرهم. ووفقا لدراسة أجريت عام 2005، فإن 30 بالمئة من السكان سيعانون من اضطراب الصوت في مرحلة ما من حياتهم.

وفي دراسة نشرت في مجلة Nature Communications هذا الأسبوع، طرحت مجموعة من الباحثين في الهندسة الحيوية من جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلس، حلا جذابا.

وقالت "إيكونوميست" إنهم صمموا واختبروا رقعة ناعمة يمكن لصقها على رقبة الشخص، حيث تلتقط حركات العضلات، وبمساعدة خوارزميات التعلم الآلي التي تعالج الإشارات، وتترجمها إلى كلام مسموع.

وعلى الرغم من أن جهاز الفريق هو نموذج أولي مبكر، إلا أن لديه القدرة على تقديم تحسين كبير على البدائل الحالية.

وعندما يفقد شخص ما صوته اليوم، فإن الحل الأسهل هو اللجوء إلى الكتابة أو إرسال الرسائل النصية أو كتابة الملاحظات للتواصل. 

ويقول جون تشن، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية، إن الكتابة يمكن أن تكون بطيئة وغير مريحة، كما أن كتابة ملاحظات واضحة لا يمكن إجراؤها إلا في الإضاءة الجيدة.

ويمكن أن تتطلب الحلول الأكثر تطورا، مثل الحنجرة الكهربائية، والأجهزة الخارجية التي يتم تثبيتها على الحنجرة لإنتاج الاهتزازات اللازمة للكلام، تدريبا خاصا لاستخدامها، وغالبا ما تكون التدخلات الجراحية غازية إلى حد كبير، من الناحية النظرية، ستكون الرقع اللاصقة قادرة على إزالة كل هذه العقبات.

والآلية الكامنة وراء جهاز الدكتور تشين هي مبدأ يُعرف باسم التأثير المغناطيسي المرن، وعندما يتم دمج الجسيمات النانوية المغناطيسية في مواد لينة مثل البوليمرات المرنة أو السيليكون، فإنها يمكن أن تتغير خصائصها المغناطيسية مع تمدد المادة. 

وذلك لأن كل تشوه يتسبب في دوران الجزيئات أو تحركها بالنسبة لبعضها البعض، ما يؤدي إلى تغيير مغنطة المادة، عند دمجها في رقعة ذات حاشية من ملفات النحاس التي تولد مجالا مغناطيسيا خلفيا، ويمكن التقاط حركات الجسيمات بدقة كتغيرات على هذه الخلفية.

وعندما تتحرك عضلات الحنجرة تحت رقعة السيليكون، فإنه يمكن أيضا تحويل اختلافات المجال المغناطيسي الناتجة إلى إشارات كهربائية. 

وفي اختبار مع ثمانية مشاركين، التقط الباحثون الإشارات التي ظهرت عندما تحدث المشاركون وتزامنوا مع شفاههم خمس جمل مختلفة (بما في ذلك: "آمل أن تسير تجاربك على ما يرام!"، "عيد ميلاد سعيدا!" و"أنا أحبك!").

ثم قاموا بتدريب نموذج للتعلم الآلي للتعرف على الأشكال المميزة للإشارات الكهربائية المرتبطة بكل جملة، وتمكنت هذه الخوارزمية بعد ذلك من التنبؤ بأي من الجمل الخمس التي نطق بها المشاركون سواء بصوت عالٍ أو بصمت بدقة تزيد على الـ90 بالمئة.

ويجلب تصميم الرقعة فوائد إضافية، بالإضافة إلى التمدد، وتظل الرقعة لاصقة على الجلد المتعرق، ويمكن استخدامها بشكل مستمر لمدة 40 دقيقة دون أن ترتفع حرارتها.

ولا يزال هناك طريق طويل للتحسين في الوقت الحالي، يستطيع الجهاز التعرف فقط على العبارات الخمس التي تم تدريبه عليها. 

بالإضافة إلى ذلك، فإن الاختلافات الفردية في الطيات الصوتية تعني أنه يجب تخصيص الخوارزمية لكل مستخدم. ولجعل الأمر عمليا على نطاق واسع، سيحتاج الباحثون إلى جمع المزيد من البيانات.