精神分裂症中基于语音的条目级症状严重程度自动化建模

Automated Speech-Based Modeling of Item-Level Symptom Severity in Schizophrenia

作者信息Silvia Ciampelli, Janna N de Boer, Sanne Koops, Evan Troelstra, Almut Jebens, Jan-Bernard C Marsman, Arnout C Smit, Amir Hossein Nikzad, Ryan Partlan, Philipp Homan, Wolfram Hinzen, Sunny X Tang, Iris E C Sommer
PMID42348208
发布时间2026-06-01
DOI10.1001/jamanetworkopen.2026.20239

实验完整度

高

包含两个独立队列(荷兰和美国)的纵向临床数据,采用多种言语特征提取、主成分分析和线性混合模型,结合交叉验证评估预测准确性,并在独立样本中重复,具备多层级验证。

主要模型

精神分裂症谱系障碍患者队列(荷兰,n=356) 精神分裂症谱系障碍患者队列(美国,n=72)

重点核对

荷兰队列使用PANSS评估症状严重程度 美国队列使用BPRS评估症状严重程度 使用开放性问题收集自发言语样本 荷兰队列通过训练研究人员访谈收集样本,美国队列通过Winterlight应用在平板电脑上收集样本 使用5折交叉验证评估模型性能,报告MAE和R2

摘要

重要性:言语携带当前心理状态的微妙指标,这一现象在精神病学评估中常规使用。尽管具有潜力,定量言语分析尚未整合到临床护理中。目的:识别自然言语的哪些特征与精神病患者症状严重程度的并发变化相关。设计、设置和参与者:这项纵向多中心队列研究在荷兰进行(2017年6月7日至2025年7月31日),纳入患有精神分裂症谱系障碍的成年患者(年龄≥18岁),他们完成了长达8年的重复临床和言语评估。研究结果在美国的纵向队列(2021年3月1日至2022年12月1日)中得到了重复。主要结局和措施:使用阳性与阴性症状量表(PANSS)(荷兰队列)或简明精神病评定量表(美国队列)测量个体症状严重程度。言语样本被转换为可解释的人工智能衍生的语音和文本特征,并使用主成分分析进行降维。使用线性混合模型估计关联,并调整人口统计学特征和时间点。通过平均绝对误差(MAE)和R2量化估计准确性。结果:在荷兰队列中,分析了来自356名参与者(平均[SD]年龄,30.4[10.3]岁;257名男性[72.2%])的773份言语录音,在美国队列中,分析了来自72名参与者(平均[SD]年龄,26.4[5.2]岁;46名男性[64.8%])的165份言语录音。在荷兰队列中,基于言语的模型以具有临床意义的准确性检测到个体精神病症状,条目级MAE小于1分(量表1-7),与PANSS评分者培训中使用的1分一致性幅度相当。模型与PANSS阳性和阴性分量表评分相关,MAE分别为2.85和3.22,分别解释了13.4%和17.8%的方差,远低于用于标记不可靠PANSS评分的20%阈值。在美国重复队列中,简明精神病评定量表思维障碍和退缩评分与相似的MAE相关(分别为3.0和2.4),分别解释了31.0%和21.5%的方差。在荷兰队列中,阴性症状与言语输出减少(估计值,2.46 [95% CI,1.05-3.88])和声音轮廓平坦(估计值,0.29 [95% CI,0.10-0.48])相关,而阳性症状以较长的语句(估计值,1.18 [95% CI,0.08-2.29])和改变的语篇组织(估计值,-0.25 [95% CI,-0.48至-0.02])为特征。结论和相关性:这项对精神分裂症患者的队列研究发现,精神病症状在自然言语中留下特定、可解释的特征,可以量化、纵向跟踪,并在队列间重复。基于言语的建模实现了具有临床意义的症状级估计,为可扩展、低负担的实时精神病监测工具提供了坚实基础。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
自然言语的哪些特征与精神病患者症状严重程度的并发变化相关?
核心机制
阳性症状与言语输出增加、语义组织改变相关,阴性症状与言语输出减少、声音轮廓平坦相关,表明症状在言语中留下特定特征。
主要证据
在荷兰队列中,基于言语的模型以条目级MAE小于1分估计个体症状,解释阳性和阴性分量表分别13.4%和17.8%的方差;在美国队列中,思维障碍和退缩因子分别解释31.0%和21.5%的方差,并在独立样本中重复。
研究意义
研究支持可扩展、低负担的实时精神病监测工具的开发,可能有助于预防复发和其他不良结局。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立荷兰纵向队列并收集言语样本

获取自然言语数据以分析症状与言语特征的关联。

纳入356名精神分裂症谱系障碍患者,通过开放性问题收集自发言语样本,共773份录音,随访长达8年。

2

提取言语特征并进行降维

将原始录音转化为可解释的语音和文本特征。

使用自动化流程提取声学、句法、语义和情感特征,并通过主成分分析降维,得到11个言语-语言成分。

3

关联言语特征与症状严重程度

评估言语特征是否与症状严重程度相关。

使用线性混合模型,调整人口统计学特征和时间点,分析言语-语言成分与PANSS阳性和阴性分量表及条目得分的关联。

4

评估模型预测性能

验证模型在个体层面估计症状严重程度的准确性。

使用5折参与者级别交叉验证,计算MAE和R2,评估模型对分量表和条目得分的预测性能。

5

在美国队列中进行重复验证

检验荷兰队列发现的可靠性。

在美国独立队列中重复分析,提取8个言语-语言成分,使用BPRS评估症状,验证模型性能。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
其他研究目的

产品清单

实验环节名称品牌货号
Winterlight应用Winterlight Labs--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
队列选择
纳入标准:年龄≥18岁,诊断精神分裂症谱系障碍(荷兰队列)或要求至少中度阳性或紊乱症状(美国队列);需根据DSM-IV或DSM-5确认诊断
阅读提示:Methods: Eligible participants
言语样本采集
采集方式:开放性问题;荷兰队列由训练研究人员访谈,美国队列使用Winterlight应用;采集环境需安静以避免背景噪声
阅读提示:Methods: Spontaneous speech samples
症状评估
评估工具:荷兰队列使用PANSS,美国队列使用BPRS;需依据标准量表进行评分,确保评分者一致性
阅读提示:Methods: Primary Outcome
言语特征提取
提取160个特征(荷兰)和138个特征(美国);需使用自动化流程提取声学、语义、情感和句法特征,具体流程见补充材料eAppendix 3和4
阅读提示:Methods: Feature Extraction; Supplement eAppendix 3 and 4
统计建模
使用主成分分析降维(分别对每种特征类型);线性混合模型需调整年龄、性别、教育、种族或迁移背景和时间点;性能评估采用5折交叉验证,报告MAE和R2
阅读提示:Methods: Statistical Analysis