Projeto investiga biomarcadores de áudio relacionados à insuficiência respiratória, aos efeitos do tabagismo e à asma grave
Alterações na voz e na respiração podem refletir mudanças no funcionamento do sistema respiratório. Nesse sentido, nos últimos anos, pesquisadores de diferentes áreas têm investigado se sinais de áudio, como fala, pausas e sons respiratórios, podem fornecer pistas úteis sobre o estado de saúde de uma pessoa. Essa é a premissa central do projeto SPIRA-BM, que busca estudar biomarcadores de áudio associados a condições respiratórias por meio de técnicas de inteligência artificial.
Financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, o projeto reúne pesquisadores de áreas como as ciências da computação, engenharia de software, linguística e saúde, tendo o objetivo de desenvolver conhecimento teórico, técnico e tecnológico sobre biomarcadores baseados em áudio que possam, no futuro, contribuir para ferramentas acessíveis de monitoramento respiratório.
A pesquisa utiliza gravações de voz e sons respiratórios coletados principalmente por dispositivos móveis. Esses dados são analisados com métodos de processamento de áudio e aprendizado de máquina para investigar padrões acústicos potencialmente associados a diferentes condições respiratórias.
Para organizar essa investigação, o SPIRA-BM foi estruturado em linhas principais de pesquisa dedicadas ao estudo de biomarcadores relacionados a condições respiratórias específicas. As frentes concentram-se na insuficiência respiratória, nos efeitos do tabagismo e na asma grave. Cada uma delas busca investigar padrões acústicos que possam estar associados às alterações respiratórias observadas em cada contexto clínico.
Insuficiência respiratória
A linha de pesquisa dedicada à insuficiência respiratória concentra-se no desenvolvimento e na avaliação de métodos computacionais para identificar sinais dessa condição a partir da análise de áudio. Do ponto de vista clínico, a insuficiência respiratória ocorre quando o organismo não consegue realizar adequadamente a troca de gases entre os pulmões e o sangue, o que pode reduzir os níveis de oxigênio no organismo. Os pesquisadores investigam se características da fala e da respiração, como padrões de pausa ou variações na intensidade vocal, podem fornecer informações relevantes para a identificação dessa condição em gravações de áudio.
Os estudos também exploram a possibilidade de estimar indicadores fisiológicos relacionados à respiração ou analisar diferenças entre distintas causas de insuficiência respiratória. Essa linha de investigação dá continuidade a pesquisas anteriores do grupo, que examinaram a viabilidade de identificar sinais de insuficiência respiratória por meio da análise de gravações de áudio coletadas em dispositivos móveis durante a pandemia de COVID-19.
Efeitos do tabagismo
Outra frente do projeto dedica-se a investigar possíveis relações entre o tabagismo e alterações em parâmetros acústicos da voz. O objetivo é compreender se uma série de características da fala podem refletir efeitos fisiológicos associados ao consumo de cigarro.
Nesse contexto, os pesquisadores analisam se sinais de áudio podem contribuir para estimar indicadores relacionados à exposição ao tabaco, como o nível de monóxido de carbono exalado, conhecido como COex. A partir das gravações coletadas, os estudos também exploram a possibilidade de classificar participantes em diferentes perfis de exposição ao tabagismo ou estimar o tempo de hábito de fumar. Como ainda existem poucos estudos científicos que relacionem diretamente parâmetros acústicos da voz com esses indicadores, essa linha possui caráter exploratório dentro do projeto.
Asma grave
A terceira frente de pesquisa dedica-se ao estudo de biomarcadores de áudio associados à asma grave, uma condição respiratória que exige acompanhamento clínico contínuo. Nesse caso, o foco é investigar se gravações de voz realizadas ao longo do tempo podem fornecer sinais relacionados ao estado de controle da doença.
A partir dessas gravações, os pesquisadores buscam desenvolver modelos capazes de classificar se a asma está controlada ou fora de controle e investigar a possibilidade de prever exacerbações da doença em curto prazo. Para isso, pacientes participantes realizam gravações periódicas utilizando dispositivos móveis, permitindo acompanhar mudanças nos padrões de voz ao longo do tratamento.
Linhas pensadas em conjunto
Embora cada linha de pesquisa investigue uma condição respiratória específica, todas fazem parte de uma estrutura integrada de trabalho. O projeto é organizado por quatro eixos transversais que sustentam as atividades de pesquisa. Esses eixos incluem a coleta de dados, a engenharia de software, a análise acústica e o aprendizado de máquina.
A coleta de dados envolve a construção de bases de gravações de voz e sons respiratórios obtidos com dispositivos móveis. A engenharia de software dedica-se ao desenvolvimento das estruturas computacionais necessárias para armazenar, processar e analisar esses dados. A análise acústica busca identificar características relevantes nos sinais de áudio, enquanto os métodos de aprendizado de máquina são utilizados para treinar modelos capazes de reconhecer padrões associados às condições respiratórias estudadas.
Essa organização permite integrar conhecimentos de diferentes áreas e garantir que o desenvolvimento das ferramentas ocorra de forma coordenada, desde a coleta dos dados até a análise e avaliação dos resultados.
Ao explorar a relação entre voz, respiração e saúde, o SPIRA-BM busca ampliar o conhecimento científico sobre o potencial do áudio como fonte de biomarcadores para condições respiratórias. Embora os estudos ainda estejam em fase de pesquisa, os resultados poderão contribuir para o avanço do conhecimento sobre como tecnologias digitais e análise de dados podem ser aplicadas ao estudo e ao monitoramento de condições respiratórias.
