Моделирование речи человека в норме и патологии с
advertisement
Моделирование речи человека в норме и патологии с использованием методов нелинейной динамики Ст. преп. каф. ИВТ Н.П. Кузенков Научный руководитель д.ф.-м.н., профессор В.М. Логинов Предмет исследования • Афазии • Нейродинамические афазии • Дизартрии • Заикание Афазия [a- + греч. phasis речь] — полная или частичная утрата речи, обусловленная поражением полушария коры головного доминантного мозга при отсутствии расстройств артикуляционного аппарата и слуха. В данной работе моторные афазии. исследовались Дизартрия [диз- + греч. arthroό членораздельно произносить] — нарушение произносительной стороны обусловленное недостаточностью иннервации речевого аппарата. речи, Заикание Нарушение организации темпо-ритмической речи, обусловленное судорожным состоянием мышц речевого аппарата. Цель исследования Разработка инструментов описания и диагностики речевых патологий с использованием динамических моделей речевого сигнала. Инструменты анализа: энтропия • Фазовая плоскость: • Разбиение на квадраты: ( x n , x n+k ) N×N N • Энтропия: 2 S k =−∑ p i log2 p i i=1 k k Инструменты анализа: энтропия Модель поведения энтропии: S x =B+ A−B +α x p x 1+( ) g Инструменты анализа: темпо-ритмовый анализ Речевой сигнал представляется в виде чередующихся участков звуков и пауз. С этой целью использовалось скользящее окно продолжительностью 0,1 с, внутри которого на протяжении всего сигнала вычислялось среднеквадратичное отклонение. Когда оно превышает пороговое значение считается, что в этот момент в речи есть звук, в противном случае считается, что положение окна совпадает с паузой. Инструменты анализа: темпо-ритмовый анализ Испытуемая А., распределение пауз, монолог, норма. Больной В., заикание, монолог. Для описания статистики использовалось распределение Вейбулла: α α f= αe β −( x ) β Алгоритм классификации речевых патологий Вероятность правильной классификации предъявляемого речевого сигнала лежит в пределах от 0,814 до 0,976 с уровнем значимости 0,05 Инструменты анализа: корреляционный интеграл N 1 C r= lim r−∣X i −X j∣ ∑ N ∞ N N −1 i , j =1, i≠ j Корреляционные интегралы и локальные наклоны графиков для реконструированных по методу временных задержек фазовых портретов Аттрактора Холмса при различных размерностях пространства вложения Инструменты анализа: корреляционный интеграл Распределение корреляционных размерностей по группам патологий при аппроксимации корреляционного интеграла тремя линейными участками Инструменты анализа: Показатель Хёрста с усреднением по полной реализации временного ряда H R = S 2 R=max X t , − min X t , 1t r 1t r X t , =∑ x j−⟨ x ⟩ i=1 1 2 S = x t i −⟨ x⟩ ∑ i =1 МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМА Использование прогрессивной шкалы вида N 1 i 1 ai , 1 3, a 3 1 n Использование линейной интерполяции для дробных значений шкалы. Усреднение значений нормированного размаха по окнам, покрывающим весь исследуемый ряд. МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМА: АНАЛИЗ РЕЧИ Зависимость R ln от S в отсчётах сигнала. , lnвыражена 2 Испытуемая Л., норма, слева — чтение, справа — пересказ. МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМА: АНАЛИЗ РЕЧИ Зависимость T H в группах монолога, а также линейные регрессии для каждой группы. МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМА: АНАЛИЗ РЕЧИ И РАНДОМИЗАЦИОННЫЙ ТЕСТ Распределения испытуемых в группе норма, монолог в зависимости от показателя Хёрста (слева) и характерного времени (справа). МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМА: РЕЗУЛЬТАТ АНАЛИЗ РЕЧИ •афазия, чтение — норма, чтение различаются по среднему значению характерного времени, •дизартрия, чтение — норма, чтение различаются по средним значениям показателя Хёрста и характерного времени, •дизартрия, монолог — норма, монолог различаются по среднему значению показателя Хёрста, •нейродинамическая афазия, чтение — норма, чтение различаются по средним значениям показателя Хёрста и характерного времени, •нейродинамическая афазия, монолог — норма, монолог различаются по среднему значению показателя Хёрста. Динамическая модель речевого аппарата: подготовка данных UV UVl=ln ⟨ UV ⟩ Динамическая модель речевого аппарата: размерность системы Корреляционные размерности в зависимости от размерности пространства вложения. Динамическая модель речевого аппарата: фазовый портрет Кластеризация точек фазового портрета. Динамическая модель речевого аппарата: динамика переходов Вероятности переходов между кластерами, монолог, по вертикали – номер исходного кластера, по горизонтали – номер конечного кластера. Слева – моторная афферентная афазия, справа – норма. Динамическая модель речевого аппарата: статистические различия • норма, монолог – афазия монолог: изменение вероятностей переходов 2-1, 3-1, 2-2, 5-2, 8-2, 33, 5-4, 4-5, 6-5; • норма, чтение – афазия, чтение: 1-4, 7-7, 1-8, 58; • норма, монолог – дизартрия, монолог: 5-5, 7-5, 46; • норма, чтение – дизартрия, чтение: 5-1, 8-4, 4-7; • несколько групп сразу: 2-5, 4-1, 7-8, 8-8. Результаты 1. Собрана база образцов речи человека при следующих речевых патологиях: моторные и нейродинамические афазии, дизартрии, заикание, а также в норме. 2. Разработан оригинальный алгоритм вычисления энтропии заполнения фазовых пространств. 3. Разработан алгоритм диагностики речевых патологий по записанным образцам речи человека. 4. Создана программа для ЭВМ, выполняющая диагностику речевых патологий по записанному образцу речи. Результаты 1. Разработан алгоритм автоматизации вычисления зависимости корреляционной размерности от размерности пространства вложения. 2. Предложено описание динамики вокализации в виде блужданий между кластерами в фазовом пространстве. 3. Обнаружено статистически достоверное изменение вероятностей блужданий между кластерами в фазовом пространстве как в случае различных режимов вокализации, так и при различных речевых патологиях. Основные положения и результаты исследования, выносимые на защиту 1.Различные инструменты нелинейной динамики имеют диагностическое значение. 2.Статистические особенности процесса вокализации в совокупности с поведением энтропии позволяют объективно различить речевые нарушения, вызванные отличающейся топологией очага поражения (в коре головного мозга или в подкорковых структурах). Структура и объём Работа состоит из введения, трёх глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Работа включает в себя семь таблиц и сорок пять рисунков. Объём работы — 111 стр. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
