En dat is mogelijk een belangrijk nieuw wapen in de strijd tegen het coronavirus.

Op dit moment wordt er van alles geprobeerd om het coronavirus een halt toe te roepen. Ons wordt opgedragen om regelmatig handen te wassen, afstand te houden, thuis te werken en drukte te vermijden. Ondertussen wordt er hard gewerkt aan een vaccin, maar het kan nog wel even duren voordat een bewezen veilig en effectief vaccin beschikbaar komt. Ondertussen raast het virus over de wereld. Maar wat als kunstmatige intelligentie een handje kan helpen om het virus eronder te krijgen?

Categorieën
Coronapatiënten zijn grofweg in drie categorieën onder te verdelen. Je hebt patiënten die symptomen vertonen. En je hebt patiënten die asymptomatisch zijn. Zij zijn besmet met het virus, maar vertonen helemaal geen symptomen. En als laatste heb je dan nog de presymptomatische patiënten. Zij zijn (vrij recent) ook met het virus besmet, vertonen op dit moment geen symptomen, maar ontwikkelen die later alsnog. De eerstgenoemde patiëntengroep is vanzelfsprekend vrij gemakkelijk op te sporen en te isoleren. Een stuk lastiger wordt het echter met asymptomatische en presymptomatische patiënten. Omdat zij (nog) geen symptomen vertonen, zullen zij zich minder snel laten testen en kunnen anderen onbewust besmetten. En dus is het zaak dat we ook die op de radar krijgen.


Geen symptomen
Dat is echter gemakkelijker gezegd dan gedaan. Maar nu komen onderzoekers in een nieuwe studie met een veelbelovende methode op de proppen om asymptomatische en presymptomatische patiënten op te sporen. Het lijkt er namelijk op dat degenen die (nog) geen symptomen vertonen, niet helemaal vrij zijn van veranderingen die door het virus worden veroorzaakt. Zo blijkt dat zij toch van gezonde mensen verschillen. En wel door de manier waarop ze (met opzet) hoesten. Deze verschillen zijn niet te ontcijferen door het menselijk oor. Maar het blijkt dat ze wel door kunstmatige intelligentie kunnen worden opgepikt.

Hoe kan het?
Hoe het kan dat de één te maken krijgt met ernstige infecties, longontstekingen en zelfs aan het coronavirus kan overlijden, terwijl de ander nergens last van heeft of alleen milde symptomen ontwikkelt, blijft een vraag waar veel onderzoekers zich het hoofd over breken. Daarnaast speelt de cruciale vraag hoeveel coronapatiënten asymptomatisch zijn én in hoeverre ze anderen kunnen besmetten. Uit onderzoek is echter onlangs gebleken dat ongeveer 30 procent van de met SARS-CoV-2 besmette patiënten géén symptomen ontwikkelt. Het betekent dat asymptomatische coronapatiënten dus in de minderheid zijn; maar een klein gedeelte van de mensen die het coronavirus onder de leden heeft, krijgt geen klachten. De meeste mensen die besmet raken met het coronavirus zullen dus tot op zekere hoogte wel te maken krijgen met bepaalde klachten.

In de studie bouwden de onderzoekers met behulp van kunstmatige intelligentie een model dat onderscheid kan maken tussen asymptomatische coronapatiënten en gezonde mensen. De onderzoekers verzamelden in de studie tienduizenden soorten hoestjes. Vervolgens wist het model succesvol in 98,5 procent van de gevallen de hoestjes afkomstig van coronapatiënten op te sporen. Het model wist zelfs in alle gevallen (dus 100 procent) de hoestjes afkomstig van mensen die geen symptomen vertonen, maar wel positief waren getest op het virus, te identificeren. En dat betekent dat kunstmatige intelligentie dus aan je hoestje kan horen of je corona hebt, zelfs als je geen symptomen vertoont.

Geluid
Hoe het model dit voor elkaar krijgt? Dat heeft alles te maken met het geluid dat we produceren. Het model werd in eerste instantie gebouwd met het doel om Alzheimer aan het licht te brengen. Bekend is namelijk dat Alzheimer niet alleen verband houdt met geheugenverlies, maar ook met verzwakte stembanden. En dus trainden de onderzoekers het model om verschillende geluiden te onderscheiden die door onze stembanden worden geproduceerd. Vervolgens werd het model getraind om emotionele toestanden die in spraak naar voren komen, te herkennen. Een derde onderdeel van de database omvatte de hoest om veranderingen in long- en ademhalingsprestaties te onderscheiden. Als laatste combineerden de onderzoekers al deze factoren om een idee te krijgen van de spierafbraak.


Corona
Toen vervolgens de huidige pandemie zich begon te ontvouwen, vroegen de onderzoekers zich af of hun model voor de ziekte van Alzheimer ook zou werken voor het diagnosticeren van COVID-19. Er zijn ondertussen namelijk steeds meer aanwijzingen dat geïnfecteerde patiënten enkele vergelijkbare neurologische symptomen ervaren, zoals het tijdelijke verlies van reuk en smaak. “De geluiden van praten en hoesten worden beide beïnvloed door de stembanden en omliggende organen,” zegt onderzoeker Brian Subirana. “Dit betekent dat wanneer je praat, een deel van je spraak ook je hoest is en vice versa. Aspecten die we dus gemakkelijk kunnen afleiden uit vloeiende spraak – zoals iemands geslacht, moedertaal of zelfs emotionele toestand – kunnen we met behulp van kunstmatige intelligentie uit een hoestje opmaken. Dus we dachten, waarom gebruiken we deze Alzheimer biomarkers niet om te zien of ze ook relevant zijn voor COVID-19?”

“De manier waarop je geluid produceert, verandert als je COVID-19 hebt”

Verzameling
De onderzoekers besloten zoveel mogelijk (opgezette) hoestjes te verzamelen, inclusief die van COVID-19-patiënten. Uiteindelijk wisten ze 70.000 opnames bij elkaar te sprokkelen. Ongeveer 2.500 opnames werden opgestuurd door zowel symptomatische als asymptomatische coronapatiënten. Zonder veel aanpassingen binnen het model ontdekte het team dat deze tevens in staat was om coronapatiënten aan het licht te brengen. “We denken dat dit aantoont dat de manier waarop je geluid produceert, verandert als je COVID-19 hebt,” concludeert Subirana. “Zelfs wanneer je asymptomatisch bent.” De kracht van het hulpmiddel ligt dan ook in het vermogen om asymptomatische hoest te onderscheiden van een gezonde hoest.

Het team is nu bezig om nog meer hoestjes te verzamelen om hun model verder te verbeteren en te versterken. Daarnaast willen ze het model opnemen in een gebruiksvriendelijke app. Indien de app wordt goedgekeurd door de daarvoor bevoegde regelgevende instanties, zou deze op grote schaal – en mogelijk gratis – ingezet kunnen worden om het coronavirus verder in te dammen. De app zou namelijk kunnen helpen om mensen met corona te identificeren die mogelijk asymptomatisch zijn. Een gebruiker zou eventueel dagelijks kunnen inloggen op zijn telefoon, even hoesten en vervolgens direct betrouwbare informatie voorgeschoteld kunnen krijgen over of hij mogelijk geïnfecteerd is en of een officiële coronatest nodig is. “Als iedereen de app zou gebruiken voordat hij of zij een klaslokaal, fabriek of restaurant binnenstapt, zou de app een effectief middel kunnen zijn om de verspreiding van het virus te verminderen,” besluit Subirana.

Wist je dat…

…COVID-19 mogelijk de kans op de Ziekte van Parkinson vergroot? In de afgelopen maanden hebben we geleerd dat het coronavirus zijn sporen in de hersenen nalaat. Bovendien blijkt dat ook de Spaanse grieppandemie van 1918 geregeld uitmondde in en ernstige vorm van Parkinson. En dus waarschuwen onderzoekers dat er mogelijk een verband zou kunnen bestaan tussen COVID-19 en Parkinson.