قامت تقنية أستاذ جامعة جنوب كاليفورنيا بتحسين تشخيص مرض التوحد

بفضل عمله، يمكن للمهنيين الطبيين تشخيص ومراقبة مرض التوحد والاكتئاب وغيرها من الحالات بشكل أفضل.

لقد استفاد أي شخص يستخدم المساعدين الرقميين من أبحاث نارايانان في فهم وتفسير المشاعر الإنسانية من الكلام. أصبح المساعدون الآن أكثر سهولة، ويمكنهم فهم أوامر المستخدم والاستجابة لها بشكل أفضل.

كما أصبح من الأسهل الآن تعلم لغة جديدة بفضل الأدوات التي طورها والتي تقدم ملاحظات حول كيفية نطق الكلمات.

نارايانان هو أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر واللغويات وعلم النفس وطب الأطفال وطب الأنف والأذن والحنجرة في جامعة جنوب كاليفورنيا في لوس أنجلوس. كما يرأس أيضًا مختبر تحليل وتفسير الإشارات التابع لجامعة جنوب كاليفورنيا ويشغل العديد من المناصب الأكاديمية الأخرى داخل الجامعة. وهو باحث زائر في هيئة التدريس في Google DeepMind في لوس أنجلوس.

حصل نارايانان على جائزة IEEE James L. Flanagan لمعالجة الكلام والصوت لعام 2025 لمساهماته في علوم وتقنيات الاتصالات الكلامية للهندسة الشاملة التي تركز على الإنسان. تتم رعاية الجائزة من قبل مختبرات أبحاث Mitsubishi Electric.

يقول عن حصوله على الجائزة: “لقد تأثرت وتشرفت للغاية”. “لقد بدأت مسيرتي المهنية في Bell Labs، وكان جيمس فلاناغان باحثًا أسطوريًا في مجال الكلام والصوت هناك. العديد من الأشخاص الذين حصلوا على هذه الجائزة كانوا أبطالي في هذا المجال، والذين أتطلع إليهم. لقد ألهمني عملهم بعمق.”

افتتان مبكر بكيفية عمل جسم الإنسان

نشأ نارايانان في تشيناي بالهند، وأراد أن يصبح طبيبًا لأنه كان مفتونًا بكيفية عمل الجسم. تقدم بطلب للالتحاق بكلية الطب وتم قبوله في سن 17 عامًا، لكن خططه المهنية تغيرت حتى قبل أن يدخل إلى الفصل الدراسي.

كان والد نارايانان كيميائيًا، وكان عمه مهندسًا كهربائيًا. وبعد عدة مناقشات، أقنعته عائلته بالتحول إلى الهندسة حتى في ظل “الاحتجاج الداعم” لعمه الذي كان مهندسًا، كما يقول.

ويقول: “في ذلك الوقت، كانت الهندسة الكهربائية توصف بأنها المجال الأكثر تأسيسًا للعلوم”. “لم أكن أعرف الكثير عن ذلك، ولكن سرعان ما أصبح واضحًا بالنسبة لي أنه يمكنني البدء في مطابقة كيفية عمل أنظمة معالجة الإشارات لتصور كيفية عمل الجسم البشري. وهذا ما جعلني هذا النوع من المهندسين الذي يركز بشدة على الإنسان منذ البداية. أنا أنظر إلى الناس من زاوية هندسية.

حصل على درجة البكالوريوس في EE عام 1988 من كلية الهندسة، جويندي (الآن جزء من جامعة آنا، في تشيناي). حصل نارايانان على درجتي الماجستير والدكتوراه في EE في عامي 1990 و1995 من جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس.

بدأ حياته المهنية كعالم أبحاث في عام 1995 في AT&T Bell Labs (المعروفة الآن باسم Nokia Bell Labs) في موراي هيل، نيوجيرسي. وأثناء عمله على تقنيات معالجة الكلام واللغة، لاحظ أن التطبيقات التي يتم تطويرها كانت مخصصة للبالغين الأصحاء فقط، لذلك قام هو و قرر باحثون آخرون التركيز على تلك المخصصة للأطفال.

ويوضح قائلاً: “عندما بدأنا العمل على التقنيات المخصصة للأطفال، وجدنا على الفور تحديات أساسية بسبب هذا المسار الديناميكي لكيفية تغير كلامهم ولغتهم”. “مع نمو الأطفال، فإنهم لا يتطورون جسديًا وفسيولوجيًا فحسب، بل يتطورون اجتماعيًا أيضًا.”

ويقول إنه كان على الباحثين أولاً إنشاء أساس يعتمد على علم الكلام لدراسة التغييرات بشكل موضوعي وكمي.

ويقول: “إن الكلام واللغة ينتجان عن تنسيق معقد للعمليات المختلفة التي تحدث في الدماغ والأنظمة العصبية والحركية”.

“إن أعظم ما يسعدني هو العمل مع طلابي في مختبري والتعلم منهم، أكثر من كوني مدرسًا أو مستشارًا. إنه لأمر مدهش أن أتعلم أشياء جديدة كل يوم.”

ولدراسة العمليات بطريقة منهجية، استخدم الباحثون أجهزة الاستشعار والتصوير لقياس التغيرات في مهارات الكلام واللغة. وبعد جمع البيانات على شكل إشارات، طبق الباحثون تقنيات معالجة الإشارات لاستخراج معلومات ذات معنى.

وخلص نارايانان إلى أن طريقتهم يمكن استخدامها للأطفال الذين يعانون من حالات نمو مثل اضطراب طيف التوحد، وتأخر اللغة، واضطرابات مماثلة.

لقد اخترعوا تقنية معالجة الإشارات السلوكية (BSP)، التي تحلل وتفسر الكلام واللغة في المواقف الاجتماعية. يقول نارايانان إن التكنولوجيا مفيدة للأطفال المصابين بالتوحد والذين عادة ما يجدون صعوبة في التفاعلات الاجتماعية. كما طور الباحثون نماذج حسابية لاكتشاف وتفسير الإشارات العاطفية من كلام الأطفال المصابين بالتوحد وتعبيرات الوجه.

وهناك أداة أخرى أنشأوها تراقب التقدم المحرز في قدرات التواصل لدى الأطفال الذين لا يطورون مهاراتهم اللغوية في السن المتوقع.

لقد ألهم العمل المبكر للباحثين في فهم وتفسير المشاعر البشرية من الكلام، الميزات المستخدمة في المساعدين الافتراضيين مثل Alexa وSiri لتبدو أكثر طبيعية وتتعرف على مشاعر المستخدم. تساعد تقنية BSP الأجهزة على التعرف ليس فقط على ما يقوله المستخدمون ولكن أيضًا على كيفية قولهم.

إن عمل الباحثين في النمذجة الصوتية ونمذجة اللغة ودمج المعلومات السياقية مكّن المساعدين الرقميين من تحديد الكلام بشكل أكثر دقة.

التكنولوجيا لتحسين الصحة العقلية

غادر نارايانان شركة Bell Labs في عام 2000 للانضمام إلى هيئة التدريس بجامعة جنوب كاليفورنيا. ويقول إنه أراد دائمًا توجيه الطلاب والعمل مع أشخاص من مختلف التخصصات، لذلك عندما عُرض عليه منصب تدريسي في كاليفورنيا – وهو المكان الذي يحبه – قرر أن يجربه.

ويقول: “إن أعظم ما يسعدني هو العمل مع طلابي في مختبري والتعلم منهم، أكثر من كوني مدرسًا أو مستشارًا”. “إنه لأمر مدهش أن أتعلم أشياء جديدة كل يوم.”

طوال ما يقرب من 25 عامًا في جامعة جنوب كاليفورنيا، واصل نارايانان تطوير تطبيقات معالجة الكلام واللغة لأغراض الرعاية الصحية. إنه يستخدم تقنيات مثل BSP لإنشاء طرق لفهم الصحة العقلية بشكل أفضل.

ويقول: “إن جلب الأدوات الهندسية لدعم الأبحاث في مجال الصحة العقلية كان مجالًا كبيرًا”. “أنا ملتزم جدًا بهذا المجال.”

غالبًا ما يتضمن تشخيص حالات الصحة العقلية وعلاجها التفاعل مع المرضى باستخدام الكلام واللغة. في العلاج النفسي، على سبيل المثال، يتحدث أخصائي الصحة العقلية مع المريض لتحديد الأفكار والعواطف والسلوكيات المزعجة وللمساعدة في معالجتها.

يقول نارايانان إن أبحاث العلاج النفسي والممارسات السريرية تميل إلى استخدام الأساليب اليدوية لجمع وتقييم بيانات الأداء والفعالية، لكن هذا غير قابل للتطوير ويمكن أن يؤدي إلى عدم الدقة. ويقول إن الإجابات قد لا تعكس في الواقع ما يشعر به المريض.

اخترع نارايانان وزملاؤه طريقة لجمع البيانات من خلال المؤشرات الحيوية المعتمدة على الكلام واللغة لتوصيف جودة العلاج ونتائجه. كما صمموا أيضًا مقاييس موضوعية لاكتشاف ومراقبة أنماط كلام الشخص بحثًا عن علامات الاكتئاب والقلق.

وهو يعمل حاليًا مع وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية لتحديد المؤشرات الحيوية للأشخاص الذين لديهم أفكار انتحارية.

يحمل نارايانان 19 براءة اختراع أمريكية وساعد في تأسيس العديد من الشركات الناشئة لتسويق تقنياته.

الإشراف على الخطط البحثية الكبرى لجامعة جنوب كاليفورنيا

في فبراير، تولى دورًا جديدًا يستخدم خلفيته المتعددة التخصصات: عينته جامعة جنوب كاليفورنيا نائبًا للرئيس لمبادراتها الرئاسية، وهو منصب تم إنشاؤه حديثًا. يقوم بتنسيق وتوسيع نطاق المبادرات البحثية بالجامعة في مجالات الحوسبة والصحة والاستدامة، وهي الأشياء التي تشير إليها الجامعة باسم لقطات القمر. ومن الجدير بالذكر أن الجامعة استثمرت أكثر من مليار دولار أمريكي في مبادرة حدود الحوسبة.

يقول نارايانان: “تتمتع الجامعة ورئيسها بهذه الرؤية الإستراتيجية الكبيرة للتفكير في المشكلات الكبرى، مثل مستقبل الصحة، ومستقبل الحوسبة، واستدامة الكوكب”. “لقد أرادوا باحثًا وعالمًا يعمل في مختلف التخصصات. إنهم يريدون مني أن أقوم بالربط بين الأشخاص والأفكار لإطلاق هذه المبادرات الكبيرة التي لها بصمة عالمية.

وقالت كارول فولت، رئيسة الجامعة، في إعلان حول التعيين: “إن التقدم يحدث بمعدل مذهل في المجالات المتطورة التي تشملها طلقاتنا القمرية”. “تم إنشاء هذا الدور للتركيز ليس فقط على التنفيذ ولكن أيضًا على التوسيع المستمر والتضخيم ونسج لقطاتنا القمرية معًا حتى تظل جامعة جنوب كاليفورنيا في طليعة الاكتشاف والابتكار. البروفيسور نارايانان هو الخيار الأمثل لهذا الدور.

IEEE: عائلة كبيرة

وبتشجيع من أحد أساتذته الجامعيين، انضم نارايانان إلى IEEE في سنته الأخيرة.

يقول نارايانان: “لقد أدركت أن IEEE هي موطن للتعلم والمشاركة والنمو المستمر”. “IEEE يوفر لنا ذلك. إنها منصة لوضع عملك في مجال عملك، وفي السياق الأوسع للمجتمع والإنسانية. وبطبيعة الحال، يمكنك تكوين الكثير من الأصدقاء مدى الحياة، وتقوم بتقديم العطاء كمتطوع.

ورد الجميل لديه. وهو عضو في جمعية IEEE للكمبيوتر وجمعية معالجة الإشارات IEEE، وكان النائب الأول للرئيس للتعليم.

لقد كان عضوًا في هيئات التحرير لمنشورات كلتا الجمعيتين وعمل كرئيس تحرير لمجلاتهم ومعاملاتهم. كما قام بأدوار قيادية في تنظيم مؤتمرات وورش عمل الجمعيات.

لقد اعترف به كلا المجتمعين لعمله. حصل على جائزة IEEE Computer Society McCluskey للإنجاز الفني هذا العام وجائزة Shannon-Nyquist للإنجاز الفني من جمعية IEEE لمعالجة الإشارات في العام الماضي.

ويقول إن العمل التطوعي أصبح جزءًا من حياته، وعلى مر السنين، شجع طلابه على الانضمام.

ويقول: “العديد منهم أصبحوا الآن أساتذة في جميع أنحاء العالم، وهم يشجعون طلابهم على الانضمام”. “IEEE مثل عائلة كبيرة.”