Modélisation de l'indice de sévérité du trouble de la parole à l'aide de méthodes d'apprentissage profond : d'une modélisation à partir de quelques exemples à un apprentissage auto-supervisé via une mesure entropique

Modeling the severity index of speech impairment deep learning methods : a modeling from few examples to an entropic measure via self-supervised learning

• Auteur / Autrice : Vincent Roger
• Direction : Julien Pinquier, Jérome Farinas, Virginie Woisard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image, Information, Hypermédia
• Date : Soutenance le 29/09/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Glotin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Glotin, Cécile Fougeron, Jean-François Bonastre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage profond

Traitement automatique de la parole

Troubles de la parole

Mots clés libres

Traitement automatique de la parole

Parole pathologique

Intelligibilité

Indice de sévérité

Apprentissage profond

Automatic speech processing

Pathological speech

Intelligibility

Severity index

Deep learning

Résumé

Les personnes atteintes de cancers des voies aérodigestives supérieures présentent des difficultés de prononciation après des chirurgies ou des radiothérapies. Il est important pour le praticien de pouvoir disposer d'une mesure reflétant la sévérité de la parole. Pour produire cette mesure, il est communément pratiqué une étude perceptive qui rassemble un groupe de cinq à six experts cliniques. Ce procédé limite l'usage de cette évaluation en pratique. Ainsi, la création d'une mesure automatique, semblable à l'indice de sévérité, permettrait un meilleur suivi des patients en facilitant son obtention. Pour réaliser une telle mesure, nous nous sommes appuyés sur une tâche de lecture, classiquement réalisée. Nous avons utilisé les enregistrements du corpus C2SI-RUGBI qui rassemble plus de 100 personnes. Ce corpus représente environ une heure d'enregistrement pour modéliser l'indice de sévérité. Dans ce travail de doctorat, une revue des méthodes de l'état de l'art sur la reconnaissance de la parole, des émotions et du locuteur utilisant peu de données a été entreprise. Nous avons ensuite essayé de modéliser la sévérité à l'aide d'apprentissage par transfert et par apprentissage profond. Les résultats étant non utilisables, nous nous sommes tourné sur les techniques dites "few shot" (apprentissage à partir de quelques exemples seulement). Ainsi, après de premiers essais prometteurs sur la reconnaissance de phonèmes, nous avons obtenu des résultats prometteurs pour catégoriser la sévérité des patients. Néanmoins, l'exploitation de ces résultats pour une application médicale demanderait des améliorations. Nous avons donc réalisé des projections des données de notre corpus. Comme certaines tranches de scores étaient séparables à l'aide de paramètres acoustiques, nous avons proposé une nouvelle méthode de mesure entropique. Celle-ci est fondée sur des représentations de la parole autoapprise sur le corpus Librispeech : le modèle PASE+, qui est inspiré de l'Inception Score (généralement utilisé en image pour évaluer la qualité des images générées par les modèles). Notre méthode nous permet de produire un score semblable à l'indice de sévérité avec une corrélation de Spearman de 0,87 sur la tâche de lecture du corpus cancer. L'avantage de notre approche est qu'elle ne nécessite pas des données du corpus C2SI-RUGBI pour l'apprentissage. Ainsi, nous pouvons utiliser l'entièreté du corpus pour l'évaluation de notre système. La qualité de nos résultats nous a permis d'envisager une utilisation en milieu clinique à travers une application sur tablette : des tests sont d'ailleurs en cours à l'hôpital Larrey de Toulouse.

People with head and neck cancers have speech difficulties after surgery or radiation therapy. It is important for health practitioners to have a measure that reflects the severity of speech. To produce this measure, a perceptual study is commonly performed with a group of five to six clinical experts. This process limits the use of this assessment in practice. Thus, the creation of an automatic measure, similar to the severity index, would allow a better follow-up of the patients by facilitating its obtaining. To realise such a measure, we relied on a reading task, classically performed. We used the recordings of the C2SI-RUGBI corpus, which includes more than 100 people. This corpus represents about one hour of recording to model the severity index. In this PhD work, a review of state-of-the-art methods on speech, emotion and speaker recognition using little data was undertaken. We then attempted to model severity using transfer learning and deep learning. Since the results were not usable, we turned to the so-called "few shot" techniques (learning from only a few examples). Thus, after promising first attempts at phoneme recognition, we obtained promising results for categorising the severity of patients. Nevertheless, the exploitation of these results for a medical application would require improvements. We therefore performed projections of the data from our corpus. As some score slices were separable using acoustic parameters, we proposed a new entropic measurement method. This one is based on self-supervised speech representations on the Librispeech corpus: the PASE+ model, which is inspired by the Inception Score (generally used in image processing to evaluate the quality of images generated by models). Our method allows us to produce a score similar to the severity index with a Spearman correlation of 0.87 on the reading task of the cancer corpus. The advantage of our approach is that it does not require data from the C2SI-RUGBI corpus for training. Thus, we can use the whole corpus for the evaluation of our system. The quality of our results has allowed us to consider a use in a clinical environment through an application on a tablet: tests are underway at the Larrey Hospital in Toulouse.