A longitudinal corpus of sustained phonation and voluntary cough acoustics from three ISS crew members

La voce umana è molto più di un semplice strumento di comunicazione; è un sensibile barometro dello stato interno del corpo. Quando parliamo, l'aria proveniente dai polmoni fa vibrare le corde vocali, un processo che dipende da un preciso equilibrio dei fluidi, dal controllo muscolare e da un ambiente stabile. Nello spazio, le regole di questa macchina biologica cambiano. Non appena gli astronauti lasciano la gravità terrestre, i fluidi si spostano verso la testa, l'aria all'interno della navicella è più secca e contiene più anidride carbonica rispetto a quella terrestre, e il ciclo del sonno è interrotto dall'orbita rapida della stazione. Questi cambiamenti possono alterare sottilmente il suono della voce, ma finora gli scienziati disponevano di pochissimi dati su come esattamente il volo spaziale influenzi la voce umana, poiché mancava un modo per misurarla sistematicamente.

Per comprendere questi cambiamenti, i ricercatori avevano bisogno di un esperimento controllato che potesse catturare la voce prima, durante e dopo una missione utilizzando esattamente gli stessi metodi. Questo è difficile nello spazio, dove il tempo dell'equipaggio è prezioso e l'attrezzatura è limitata. La sfida era creare una registrazione della voce che fosse abbastanza dettagliata da rivelare i cambiamenti fisiologici, ma abbastanza semplice da poter essere eseguita ripetutamente senza gravare sugli astronauti. L'obiettivo non era diagnosticare malattie, ma stabilire una linea di base chiara di come la voce si comporti in orbita, creando un punto di riferimento per studi futuri e potenziali strumenti di monitoraggio della salute.

Un team di ricercatori ha recentemente affrontato questa lacuna raccogliendo una collezione unica di registrazioni vocali da tre membri dell'equipaggio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Lo studio si è concentrato su due tipi specifici di suoni: una tosse volontaria e un suono vocalico sostenuto, in cui la persona mantiene una singola nota come "ah", "ee" o "oo" per alcuni secondi. I partecipanti, identificati solo come Crew M1, M2 e M3 per proteggere la loro privacy, hanno eseguito questi compiti due volte al giorno durante un periodo di quarantena pre-volo e nuovamente mentre erano in orbita, coprendo un arco temporale che andava dal quarto al quattordicesimo giorno della missione. In totale, il team ha raccolto 254 registrazioni verificate, creando un record longitudinale che segue gli stessi individui nel tempo sotto condizioni diverse.

I ricercatori hanno progettato l'esperimento con estrema precisione per garantire che i dati fossero confrontabili. Ogni sessione seguiva esattamente la stessa sequenza: tre colpi di tosse separati, seguiti dal mantenimento dei tre suoni vocalici. La durata di ogni registrazione era fissata dal software a circa tre secondi, eliminando la variabile di quanto tempo una persona sceglesse di parlare. Questa coerenza ha permesso al team di confrontare direttamente le proprietà acustiche della voce, giorno dopo giorno, senza che i risultati venissero distorti dalle differenze nella lunghezza della registrazione. Le registrazioni sono state catturate utilizzando un'applicazione mobile già presente a bordo della stazione e poi trasferite sulla Terra, dove sono state elaborate per estrarre misurazioni specifiche di pitch, stabilità e chiarezza.

Uno degli aspetti più significativi di questo lavoro è il rilascio dei dati in due forme parallele. Per ogni registrazione, il team ha conservato sia l'acquisizione originale sia una versione che era stata pulita utilizzando un algoritmo di soppressione del rumore profondo per rimuovere lo statico di fondo. Sebbene i file audio grezzi non siano distribuiti al pubblico, lo studio fornisce misurazioni acustiche derivate per entrambe le versioni. Questo rilascio duale consente ad altri scienziati di vedere esattamente quanto il processo di pulizia modifichi le misurazioni. Lo studio ha scoperto che, mentre il processo di pulizia ha migliorato significativamente la chiarezza della voce riducendo il rumore di fondo, ha lasciato il pitch fondamentale essenzialmente invariato, con solo una minore variazione numerica osservata. Tuttavia, ha cambiato specifiche misure di chiarezza vocale, il che significa che chiunque utilizzi questi dati deve fare attenzione a indicare quale versione della registrazione sta analizzando.

Quando i ricercatori hanno confrontato le registrazioni spaziali con ampie collezioni di dati vocali di persone sulla Terra, è emerso un modello chiaro. I valori assoluti delle misurazioni della voce, come la chiarezza del suono, cambiavano a seconda di dove veniva effettuata la registrazione. Le registrazioni spaziali e quelle effettuate con dispositivi consumer a casa mostravano modelli simili, che erano distinti dalle registrazioni effettuate in stanze professionali e trattate acusticamente. Ciò suggerisce che l'ambiente e l'attrezzatura utilizzati per registrare la voce abbiano un effetto maggiore sui numeri rispetto alla salute specifica dell'oratore. Di conseguenza, lo studio conclude che le soglie mediche per la salute vocale derivate da studi professionali silenziosi non possono essere applicate direttamente alle registrazioni effettuate sul campo o nello spazio senza aggiustamenti.

Il team ha anche esaminato la tempistica delle tosse, scomponendole nei loro singoli impulsi sonori. Hanno scoperto che, quando le tosse venivano analizzate in questo modo dettagliato, la tempistica corrispondeva da vicino ai dati di uno studio massiccio su oltre 2.600 persone sulla Terra. Questo accordo suggerisce che la meccanica fondamentale di un colpo di tosse rimanga costante anche nello spazio, a condizione che il metodo di analisi sia lo stesso. Tuttavia, lo studio ha anche evidenziato che il numero di impulsi di tosse rilevati dipende interamente dal protocollo di registrazione. Poiché agli astronauti è stato chiesto di tossire una volta ogni tre secondi, il numero di impulsi era inferiore rispetto agli studi in cui le persone venivano invitate a tossire ripetutamente durante una registrazione più lunga. Questo risultato funge da promemoria del fatto che il modo in cui un compito viene richiesto può cambiare i risultati tanto quanto l'ambiente stesso.

I ricercatori sono stati attenti a dichiarare che questa raccolta di dati non è destinata a diagnosticare problemi di salute individuali o a identificare malattie specifiche. I tre partecipanti erano membri dell'equipaggio in salute e lo studio è stato progettato per comprendere gli effetti dell'ambiente spaziale sulla produzione vocale, non per lo screening di malattie. Il valore di questo lavoro risiede nel suo rigore metodologico e nella trasparenza dei suoi dati. Fornendo un insieme verificato di misurazioni e il codice utilizzato per generarle, il team ha creato un punto di riferimento per le missioni future. Hanno dimostrato che è possibile raccogliere dati vocali di alta qualità e ripetuti nello spazio, aprendo la porta a un monitoraggio più sofisticato della salute degli astronauti in futuro. Lo studio conferma che, sebbene la voce cambi in orbita, questi cambiamenti seguono schemi prevedibili che possono essere misurati e compresi, a condizione che vengano utilizzati gli strumenti e i confronti corretti.