创新背景

对喉癌患者进行手术时需要明确需要手术的部位，保证手术不会损害患者的声音器官，以最佳方式保留患者的声音。

创新过程

南丹麦大学的生物学家Coen Elemans认为，鸟类的声音工作方式和人类的相似度较高，研究人类声音的发生和控制以及喉咙手术，可以以鸟类作为参考模型。他的研究围绕动物发出声音时大脑和听觉器官之间的相互作用，对鸟类声音的新研究显示了喉咙手术危害最小的干预措施。

Coen Elemans和欧登塞大学医院以及美国缅因大学的同事一起创建了一个先进的计算机模型，对计算密集型的新一代计算模型进行深入测试，可以仅基于声带的解剖结构和物理特性来计算和预测声音的产生。模型具有高保真连续性，具有syrinx和相关声道的解剖学上逼真的几何形状，在可量化的生理数据输入后，可以准确预测振动和声音参数。

模型测试无法在人类身上进行，研究使用鸟类对单个个体的所有重要特征进行准确测量，数据支持连续统一体模型方法，将其作为语音声音产生因果模型的重要组成部分。该模型可用于计算如果需要外科手术，一个人的声音可能会如何变化。例如，如果患者喉部患有癌症，通常需要切除声带，使用模型可以对各种可能的干预措施进行现实的计算，并找到使患者压力最小的语音变化的干预措施。

研究人员表示，模型也可以用于生物力学、进化生物学和神经学研究。研究团队已经研究了五个数量级不同的鸟类，最小的物种斑马雀仅重15克，而最大的鸵鸟重200公斤。所有研究的鸟类声音发声的机制与人类高度相似，这种机制被称为肌弹性空气动力学理论（MEAD机制）。相关研究成果《高保真连续统建模可预测禽声的产生》发表在2020年2月13日出版的科学期刊PNAS上。

创新关键点

基于鸟类发声和人类发声机制的相似性，利用计算机模型探究鸟类声音的产生，进而钻研人类声音的生理机制，为喉咙手术提供具有参考性的新见解。