Was Ihre Stimme über Ihre Rauchgewohnheiten aussagt

LIH identifiziert einen stimmlichen Biomarker für den Raucherstatus

• Forschungseinheit für Eingehende Digitale Phänotypisierung
• Präzisionsgesundheitsforschung am DoPH

Aufbauend auf ihrem Flaggschiff-Forschungsprogramm Colive Voice haben Forscher des LIH Deep Digital Phenotyping Lab am Department of Precision Health (DoPH) einen neuartigen digitalen stimmlichen Biomarker entwickelt, der in der klinischen und epidemiologischen Forschung eingesetzt werden kann, um den Raucherstatus anhand von Audioaufnahmen schnell, skalierbar und genau zu bestimmen. Diese innovative Technologie ist in der Lage, Raucher und Nichtraucher mit hoher Genauigkeit zu unterscheiden, unabhängig von ihrem Geschlecht und ihrer gesprochenen Sprache.

Rauchen ist ein weltweites Problem der öffentlichen Gesundheit und die häufigste vermeidbare Krankheits- und Todesursache. Jährlich sterben über acht Millionen Menschen an den Folgen des Rauchens, darunter 1,3 Millionen Nichtraucher, die durch Passivrauchen geschädigt werden. Zu den negativen gesundheitlichen Auswirkungen des Rauchens gehören unmittelbare Probleme wie oxidativer Stress und langfristige Folgen wie ein zwei- bis vierfach erhöhtes Risiko für koronare Herzkrankheiten und Schlaganfälle, die Entwicklung von mindestens 12 Krebsarten und schließlich der Tod der Hälfte derjenigen, die nicht aufhören. Aus diesen Gründen ist der Raucherstatus eine der wichtigsten Variablen, die in der klinischen oder epidemiologischen Forschung ausgewertet werden, z. B. bei der Überwachung des Ansprechens auf eine Behandlung. Allerdings erfordern häufige Unstimmigkeiten, Datenlücken und verzerrte Informationen zusätzliche Methoden zur objektiven Bewertung des Raucherstatus.

„Die Stimme birgt ein großes Potenzial als Instrument zur Bewertung des Raucherstatus. Bei Rauchern sind Veränderungen der Stimme wahrscheinlicher als bei Nichtrauchern, da Rauchen verschiedene Aspekte der Stimmfunktion und -qualität beeinträchtigt“, sagt Hanin Ayadi vom Deep Digital Phenotyping Lab am DoPH. „Wir wollten daher die Auswirkungen des Tabakrauchs auf die Stimme analysieren und einen geschlechts- und sprachspezifischen stimmlichen Biomarker für die automatische Erkennung des Raucherstatus entwickeln“, erklärt sie.

Das Forschungsteam nutzte fortschrittliche Datenanalyse- und KI-Methoden, um 3.996 Stimmaufnahmen von 1.332 Teilnehmern des Vorzeige-Forschungsprogramms Colive Voice zu analysieren. Interessanterweise zeigte sich, dass sich Rauchen stärker auf die weibliche Stimme auswirkt als auf die männliche. Bei Frauen senkte das Rauchen die Grundfrequenz der Stimme, d. h. die Anzahl der Schwingungen der Stimmbänder pro Sekunde, wenn sie stimmhafte Laute von sich geben, sowie das mittlere Oberton-Rausch-Verhältnis, ein Maß, das die Menge des Rauschens im Stimmsignal quantifiziert, zusätzlich zu anderen Merkmalen, die mit der unterschiedlichen Vokalqualität von Sprachlauten verbunden sind. Dies deutet darauf hin, dass Rauchen die Resonanz des Vokaltrakts und die richtige Artikulation beeinträchtigt. Umgekehrt wurden bei Männern weniger Unterschiede zwischen Rauchern und Nichtrauchern festgestellt. Die größere Anfälligkeit der weiblichen Stimme für Rauch könnte durch anatomische und physiologische Unterschiede zwischen den beiden Geschlechtern erklärt werden, darunter kürzere Stimmbänder bei Frauen und größere hormonelle Schwankungen, die sich unter anderem auf den Kehlkopf auswirken können.

Durch die Kombination einer Reihe von Stimmmerkmalen gelang es den Forschern, den Raucherstatus mit einer Genauigkeit von bis zu 72 % für englischsprachige Frauen und bis zu 72 % für französischsprachige Männer vorherzusagen und damit einen geschlechts- und sprachspezifischen stimmlichen Biomarker zur Unterscheidung zwischen Rauchern und Nichtrauchern zu liefern. «Im Wesentlichen haben wir gezeigt, dass die Auswirkungen des Rauchens auf die Stimme geschlechts- und sprachspezifische Unterschiede aufweisen, was wir bei der Entwicklung verschiedener Kombinationen von Stimmmerkmalen berücksichtigt haben, um unseren neuen stimmlichen Biomarker zu entwickeln», fasst Dr. Guy Fagherazzi, Direktor des DoPH und korrespondierender Autor der Studie, zusammen.

Unsere Arbeit legt den Grundstein für die
automatische Identifizierung von Rauchgewohnheiten anhand von Stimmaufnahmen aus dem wirklichen Leben, was eine effiziente, nicht-invasive und
kostengünstige Möglichkeit zur Überwachung dieser ungesunden Praxis in klinischen und epidemiologischen Forschungsstudien darstellt,

schließt er.

Die Studie wurde in der Zeitschrift „Digital Biomarkers“ unter dem vollständigen Titel “Digital vocal biomarker of smoking status using ecological audio recordings: results from the Colive Voice study”.