ACOUSTIQUE SOMNOLENCE OBJECTIVE - sfrms-sommeil… · L’objectif de ce travail de recherche est...
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SOMNOLENCE OBJECTIVE Nwe, T., Li, H., & Dong, M. (2006). Analysis and detection of speech under sleep deprivation. INTERSPEECH. Krajewski, J., Batliner, A., & Golz, M. (2009). Acoustic sleepiness detection: framework and validation of a speech-adapted pattern recognition approach. Behavior research methods, 41(3), 795–804. Bagnall, A. D., Dorrian, J., & Fletcher, A. (2011). Some vocal consequences of sleep deprivation and the possibility of “fatigue proofing” the voice with Voicecraft® voice training. Journal of voice : official journal of the Voice Foundation, 25(4), 447–61. Greeley, H. P., Friets, E., Wilson, J. P., Raghavan, S., Picone, J., & Berg, J. (2006). Detecting Fatigue From Voice Using Speech Recognition. 2006 IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology, 567–571. Akerstedt, T., & Gillberg, M. (1990). Subjective and objective sleepiness in the active individual. International journal of neuroscience, 52(1-2), 29–37. Les résultats préliminaires suggèrent que la mélodie et le timbre de la voix sont modifiés par une privation totale de sommeil d’une nuit. La diminution et l’instabilité à court-terme de la fréquence fondamentale peuvent témoigner d’un contrôle moins opérant. Des déplacements d’énergie dans le spectre se produisent peut-être sous l’effet d’une moins grande précision dans l’articulation. L’augmentation de bruit dans la prononciation mesurée par le paramètre HNR est un indice de raucité de la voix. La corrélation positive entre le HNR et le niveau de somnolence suggère la mise en œuvre d’un mécanisme de compensation chez les participants les plus somnolents après PTS. De futures investigations permettront de préciser la nature et le rôle de ce mécanisme. Enregistrement : ACOUSTIQUE Ex : L’utilisation d'Excel est tellement répandue qu’il est nécessaire pour toute personne œuvrant dans une discipline qui utilise des données quantitatives … Karolinska Drowsiness Test (KDT) : 9 min EEG Continu Lecture texte sans valence émotionnelle Enregistrement : Magnétophone numérique Fostex FR 2 avec microphone de proximité Thêta (θ): 3.9 Hz – 7.8 Hz Electrode Fz retenue pour l’analyse Puissances spectrales calculées par période de 2 secondes Moyennage pour chaque sessions : Yeux Ouverts Session 1 / Yeux Fermés / Yeux Ouverts Session 2 Puissance spectrale absolue θ Yeux ouverts (Session 1) Segmentation et extraction des voyelles: Segmentation des voyelles effectuée grâce au logiciel PRAAT 200 voyelles segmentées par sujet et par session expérimentale Analyse de 39 paramètres acoustiques phonatoires (e.g., fréquence fondamentale…) EEG : 32 électrodes positionnées selon la disposition internationale 10/10 standard (Jasper, 1959) et 2 électrodes de référence au niveau de l’os mastoïde gauche et droit. EOG : HEOG et VEOG EEG et EOG filtrés par Brain-analyzer Filtre passe haut-bas : 0.5 – 30 Hz Fréquence d’échantillonage : 512 Hz SOMNOLENCE SUBJECTIVE Karolinska Sleepiness Scale Analyse puissance spectrale absolue (μV²) de l’EEG : Indice sensible somnolence retenu : La mise en œuvre de moyens de détection et d’analyse en temps réel de l’état psychophysiologique d’un individu représente un enjeu de société majeur dans le domaine des transports (e.g., aérien, ferroviaire...). Dans cette optique, l’approche acoustique à travers l’étude de la voix humaine semble particulièrement adaptée chez des populations de locuteurs dont les professions nécessitent une communication constante via une chaine électro-acoustique (e.g., pilotes d’avion, contrôleurs aériens…). Quelques études se sont intéressées aux perturbations phonatoires de la voix suite à des privations totales de sommeil (PTS). Les résultats des analyses acoustiques montrent une diminution de la fréquence fondamentale (F0) (Johannes et al., 2000; Nwe et al., 2006; Krajewki et al., 2009; Bagnall et al, 2011) après PTS. Greeley et al. (2006) rapportent des modifications de la structure formantique avec une diminution de la valeur du formant 1 et 4. Cette diminution est corrélée avec la durée de la PTS mais seulement pour certaines voyelles. Cependant, aucune de ces études ne s’est focalisée sur le lien potentiel entre les perturbations acoustiques et l’augmentation de la somnolence observée suite à des PTS. L’objectif de ce travail de recherche est d’évaluer l’impact d’une privation d’une nuit de sommeil sur les paramètres acoustiques de la voix et de déterminer s’il existe un lien entre les variations des paramètres acoustiques et les variations de la somnolence. 14 sujets volontaires (8 femmes et 6 hommes âgés de 18 à 42 ans) de nationalité/langue maternelle française ont été recrutés au laboratoire du sommeil du CHU de Toulouse dans la cadre de leur examen « EEG de veille après privation de sommeil » (suspicion d’épilepsie). Cette expérimentation consistait en deux sessions expérimentales, avant et après une privation totale d’une nuit de sommeil (PTS). Chaque session était composée du Karolinska Sleepiness Scale (KSS) et du Karolinska Drowsiness Test (KDT) (Akerstedt et Gillberg, 1990) ainsi que d’une tâche de lecture de texte. 177,70 180,22 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Avant Après F0 24,78 24,10 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 Avant Après HNR 253,19 264,33 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 Avant Après CGS 362,35 375,40 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 Avant Après Formant 1 2,91 3,56 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Avant Après θ Yeux Ouverts Session 1 3,69 6,38 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 Avant Après KSS -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Diff. θ (μV²) Figure 1. Représentation du signal acoustique sur le logiciel PRAAT Figure 2. Illustration Karolinska Drowsiness Test Figure 3. Valeur de F0 en Hertz avant et après PTS Figure 4. Valeur du CGS en Hertz avant et après PTS Figure 5. Valeur du formant 1 en Hertz avant et après PTS Figure 6. Valeur du HNR (unité arbitraire) avant et après PTS Les valeurs de la fréquence fondamentale (Fo), du centre de gravité spectral (CGS) et du formant 1 sont significativement plus élevées alors que la valeur du ratio harmonique/bruit (HNR) est significativement plus faible après PTS (respectivement , * p < .05). Figure 7. Score au KSS (unité arbitraire) avant et après PTS Les niveaux de somnolence (subjectif et objectif) sont significativement plus élevés après PTS. (respectivement , ** p < .01 et * p < .05) Figure 8. Puissance spectrale absolue θ (μV²) avant et après PTS Echelle en 9 points de « extrêmement alerte » à « extrêmement somnolent » Corrélation : Les variations (différence "après-avant" PTS) du HNR sont corrélées positivement avec celles de la puissance spectrale θ (rhô=-,691, p < 0.05), indiquant que plus les participants sont somnolents après PTS et moins le ratio harmonique/bruit varie. Figure 9. Corrélation entre les variations du HNR (différence avant et après PTS) et les variations de la puissance spectrale θ (Yeux ouverts session 1) Tableau 1. Caractéristiques démographiques et cliniques du groupe de participants * * * * * ** Hertz Hertz Hertz μV² Diff. HNR Variable Moyenne ET Variable Moyenne ET Age 25,29 7,32 Qualité sommeil (PSQI) 6,29 3,24 Education 13,64 2,24 Dépression (Beck) 4,79 6,18 Somnolence (Epworth) 6,36 3,71 Anxiété (STAI Y-B) 40,79 11,05 Matinalité/Vespéralité (Horne) 49,86 6,64 : [email protected]
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SOMNOLENCE OBJECTIVE
Nwe, T., Li, H., & Dong, M. (2006). Analysis and detection of speech under sleep deprivation. INTERSPEECH.
Krajewski, J., Batliner, A., & Golz, M. (2009). Acoustic sleepiness detection: framework and validation of a speech-adapted pattern recognition approach. Behavior research methods, 41(3), 795–804.
Bagnall, A. D., Dorrian, J., & Fletcher, A. (2011). Some vocal consequences of sleep deprivation and the possibility of “fatigue proofing” the voice with Voicecraft® voice training. Journal of voice : official journal of the Voice Foundation, 25(4), 447–61.
Greeley, H. P., Friets, E., Wilson, J. P., Raghavan, S., Picone, J., & Berg, J. (2006). Detecting Fatigue From Voice Using Speech Recognition. 2006 IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology, 567–571.
Akerstedt, T., & Gillberg, M. (1990). Subjective and objective sleepiness in the active individual. International journal of neuroscience, 52(1-2), 29–37.
Les résultats préliminaires suggèrent que la mélodie et le timbre de la voix sont modifiés par une privation totale de sommeil d’une nuit. La diminution et l’instabilité à court-terme de la fréquence fondamentale peuvent témoigner d’un contrôle moins opérant. Des déplacements d’énergie dans le spectre se produisent peut-être sous l’effet d’une moins grande précision dans l’articulation. L’augmentation de bruit dans la prononciation mesurée par le paramètre HNR est un indice de raucité de la voix. La corrélation positive entre le HNR et le niveau de somnolence suggère la mise en œuvre d’un mécanisme de compensation chez les participants les plus somnolents après PTS. De futures investigations permettront de préciser la nature et le rôle de ce mécanisme.
Enregistrement :
ACOUSTIQUE
Ex : L’utilisation d'Excel est tellement répandue qu’il est nécessaire pour toute personne œuvrant dans une discipline qui utilise des données quantitatives …
Karolinska Drowsiness Test (KDT) : 9 min EEG Continu Lecture texte sans valence émotionnelle
Enregistrement : Magnétophone numérique Fostex FR 2 avec microphone de proximité
Thêta (θ): 3.9 Hz – 7.8 Hz
Electrode Fz retenue pour l’analyse
Puissances spectrales calculées par période de 2 secondes
Moyennage pour chaque sessions : Yeux Ouverts Session 1 / Yeux Fermés / Yeux Ouverts Session 2
Puissance spectrale absolue θ Yeux ouverts (Session 1)
Segmentation et extraction des voyelles:
Segmentation des voyelles effectuée grâce au logiciel PRAAT
200 voyelles segmentées par sujet et par session expérimentale
Analyse de 39 paramètres acoustiques phonatoires (e.g., fréquence fondamentale…)
EEG : 32 électrodes positionnées selon la disposition internationale 10/10 standard (Jasper, 1959) et 2 électrodes de référence au niveau de l’os mastoïde gauche et droit.
EOG : HEOG et VEOG
EEG et EOG filtrés par Brain-analyzer
Filtre passe haut-bas : 0.5 – 30 Hz Fréquence d’échantillonage : 512 Hz
SOMNOLENCE SUBJECTIVE Karolinska Sleepiness Scale
Analyse puissance spectrale absolue (µV²) de l’EEG :
Indice sensible somnolence retenu :
La mise en œuvre de moyens de détection et d’analyse en temps réel de l’état psychophysiologique d’un individu représente un enjeu de société majeur dans le domaine des transports (e.g., aérien, ferroviaire...). Dans cette optique, l’approche acoustique à travers l’étude de la voix humaine semble particulièrement adaptée chez des populations de locuteurs dont les professions nécessitent une communication constante via une chaine électro-acoustique (e.g., pilotes d’avion, contrôleurs aériens…). Quelques études se sont intéressées aux perturbations phonatoires de la voix suite à des privations totales de sommeil (PTS). Les résultats des analyses acoustiques montrent une diminution de la fréquence fondamentale (F0) (Johannes et al., 2000; Nwe et al., 2006; Krajewki et al., 2009; Bagnall et al, 2011) après PTS. Greeley et al. (2006) rapportent des modifications de la structure formantique avec une diminution de la valeur du formant 1 et 4. Cette diminution est corrélée avec la durée de la PTS mais seulement pour certaines voyelles. Cependant, aucune de ces études ne s’est focalisée sur le lien potentiel entre les perturbations acoustiques et l’augmentation de la somnolence observée suite à des PTS.
L’objectif de ce travail de recherche est d’évaluer l’impact d’une privation d’une nuit de sommeil sur les paramètres acoustiques de la voix et de déterminer s’il existe un lien entre les variations des paramètres acoustiques et les variations de la somnolence.
14 sujets volontaires (8 femmes et 6 hommes âgés de 18 à 42 ans) de nationalité/langue maternelle française ont été recrutés au laboratoire du sommeil du CHU de Toulouse dans la cadre de leur examen « EEG de veille après privation de sommeil » (suspicion d’épilepsie).
Cette expérimentation consistait en deux sessions expérimentales, avant et après une privation totale d’une nuit de sommeil (PTS). Chaque session était composée du Karolinska Sleepiness Scale (KSS) et du Karolinska Drowsiness Test (KDT) (Akerstedt et Gillberg, 1990) ainsi que d’une tâche de lecture de texte.
177,70 180,22
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
Avant Après
F0
24,78 24,10
20,00
21,00
22,00
23,00
24,00
25,00
26,00
27,00
28,00
Avant Après
HNR
253,19 264,33
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
Avant Après
CGS
362,35 375,40
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
Avant Après
Formant 1
2,91 3,56
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Avant Après
θ Yeux Ouverts Session 1
3,69
6,38
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Avant Après
KSS
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5Diff. θ (µV²)
Figure 1. Représentation du signal acoustique sur le logiciel PRAAT
Figure 2. Illustration Karolinska Drowsiness Test
Figure 3. Valeur de F0 en Hertz avant et après PTS
Figure 4. Valeur du CGS en Hertz avant et après PTS
Figure 5. Valeur du formant 1 en Hertz avant et après PTS
Figure 6. Valeur du HNR (unité arbitraire) avant et après PTS
Les valeurs de la fréquence fondamentale (Fo), du centre de gravité spectral (CGS) et du formant 1 sont significativement plus élevées alors que la valeur du ratio harmonique/bruit (HNR) est significativement plus faible après PTS (respectivement , * p < .05).
Figure 7. Score au KSS (unité arbitraire) avant et après PTS
Les niveaux de somnolence (subjectif et objectif) sont significativement plus élevés après PTS. (respectivement , ** p < .01 et * p < .05)
Figure 8. Puissance spectrale absolue θ (µV²) avant et après PTS
Echelle en 9 points de « extrêmement alerte » à « extrêmement somnolent »
Corrélation : Les variations (différence "après-avant" PTS) du HNR sont corrélées positivement avec celles de la puissance spectrale θ (rhô=-,691, p < 0.05), indiquant que plus les participants sont somnolents après PTS et moins le ratio harmonique/bruit varie.
Figure 9. Corrélation entre les variations du HNR (différence avant et après PTS) et les variations de la puissance spectrale θ (Yeux ouverts session 1)
Tableau 1. Caractéristiques démographiques et cliniques du groupe de participants
* *
* *
* ** Hertz Hertz
Hertz
µV²
Dif
f. H
NR
Variable Moyenne ET Variable Moyenne ET
Age 25,29 7,32 Qualité sommeil (PSQI) 6,29 3,24
Education 13,64 2,24 Dépression (Beck) 4,79 6,18
Somnolence (Epworth) 6,36 3,71 Anxiété (STAI Y-B) 40,79 11,05
Matinalité/Vespéralité (Horne) 49,86 6,64
