L’oreille : un portail sur la santé physique et mentale

Des signes précurseurs subtils

Plusieurs maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson et l’Alzheimer, présentent dès le début des symptômes si subtils qu’ils passent inaperçus : une altération de l’articulation, du patron de déglutition, du lexique employé… Un diagnostic clair à cette étape permettrait de tout mettre en œuvre pour ralentir la progression de la maladie. Malheureusement, c’est souvent beaucoup plus tard qu’il sera posé, trop tard pour certains traitements.

En effet, le diagnostic ne tombe habituellement que lorsque les changements observés chez un individu sont suffisamment importants pour qu’il se démarque du reste de la population. Or, chacun de nous est un être unique; il faudrait pouvoir détecter plus tôt les modifications individuelles afin de percevoir plus rapidement la détérioration du niveau de santé. Un autre facteur qui explique les diagnostics tardifs, c’est qu’on ne tient habituellement compte que d’une seule modalité (les battements cardiaques, p. ex.) alors que l’analyse de plusieurs facteurs est plus à même de nous renseigner sur l’état de santé d’une personne.

Sachant cela, comment détecter les premiers signes de ces maladies? Les chercheurs et chercheuses de laboratoire RHAD comptent y arriver en écoutant les signaux sonores générés dans notre corps.

Oreillette EERS

Lorsque nos oreilles sont occluses par le port de bouchons d’oreilles, les sons produits par le corps ne peuvent plus se dissiper dans l’air. Ses sons se trouvent amplifiés dans les basses fréquences (effet d’occlusion) et peuvent être captés par microphone. Parmi les signaux pouvant être détectés, on retrouve notamment la respiration, les battements du cœur, la déglutition, la parole … et même les clignements des yeux!

L’équipe de recherche de la Chaire compte capter ces signaux physiologiques au moyen d’un dispositif intra-auriculaire avancé conçu par l’entreprise EERS et la chaire de recherche industrielle ÉTS-EERS en technologies intra-auriculaires (CRITIAS) . Ce dispositif est constitué d’une oreillette équipée de deux microphones et d’un haut-parleur miniaturés. Le microphone placé à l’intérieur du conduit auditif permet de capteur les sons générés par le corps. Le microphone extérieur et le haut-parleur (situé à l’intérieur) servent à retransmettre les sons extérieurs, afin d’amoindrir l’inconfort créé par l’effet d’occlusion.

Séparation des signaux

L’un des principaux défis qui devront être relevés est la séparation des différents signaux physiologiques, qui surviennent de façon concomitante. Plusieurs avenues sont envisagées pour y parvenir : la séparation des sources, l’apprentissage machine, la diversification des capteurs.

Des algorithmes de séparation des sources ont déjà fait leurs preuves pour traiter les signaux sonores. Toutefois, comme ils sont basés sur des signaux captés par plusieurs microphones, placés à différentes distances de la source de bruit, le succès de cette méthode est loin d’être assuré, même en utilisant deux oreillettes, puisque l’espace disponible dans le canal auditif est très restreint. L’apprentissage machine sera aussi considérée pour séparer les signaux, mais tout modèle de type « boîte noire » sera évité afin d’obtenir un modèle interprétable.

Enfin, l’équipe de recherche explore aussi la possibilité d’utiliser d’autres types de capteurs pour faciliter la séparation des signaux. Un capteur de type PPG, par exemple, pourrait détecter les battements cardiaques et la respiration. Un capteur IMU, en plus de détecter la respiration, pourrait signaler les mouvements de tête de la personne et ainsi fournir de l’information pour enlever du signal le bruit créé par les mouvements du fils lié au dispositif intra-auriculaire.

Vers la reconnaissance des émotions

Bien que la reconnaissance des émotions par la parole fasse déjà partie d’un champ de recherche très actif, les signaux captés dans l’oreille pourraient soutenir l’interprétation. En effet, en plus de l’intonation et des mots choisis, les battements cardiaques, la respiration et les autres signaux physiologiques peuvent donner beaucoup d’information sur l’état émotionnel. Des études préliminaires (un article est en cours de révision par les pairs) ont déjà montré que le stress pouvait être détecté grâce au battement cardiaque détecté dans l’oreille. L’équipe de recherche tentera de combiner parole et signaux sonores afin de raffiner la reconnaissance des émotions.

Des modèles personnalisés

Le but ultime de cette recherche est la mise en œuvre de modèles personnalisés. Ce n’est qu’en mesurant la progression des signaux individuels de chacun que nous serons un jour en mesure de détecter rapidement les débuts de plusieurs maladies et intervenir au moment optimal.

Étant donné que cette recherche implique la collecte de données hautement personnelles, l’équipe de s’engage à respecter les principes retenus dans la Déclaration de Montréal pour un développement responsable de l’intelligence artificielle.