مهندسو جامعة بنسلفانيا يبتكرون أجهزة استشعار قابلة للارتداء بالذكاء الاصطناعي لحماية صحة الرضع

الدراسة التي أجرتها جامعة بنسلفانيا، والتي ربما جاءت كنتيجة ثانوية لتقنيات متقدمة تسهل التشخيص المبكر للرضع المصابين بأمراض عصبية عضلية، ربما تكون الدراسة الأولى التي جاءت نتيجة استخدام التكنولوجيا المتقدمة. كان إنشاء كرسي هندسي ميكانيكي علمي تكريماً لـ James L. Henderson, Jr. تطوراً حاسماً قادته مجموعة Larry Cheng من خلال تقديم منهجية جديدة تعتمد على الأجهزة القابلة للارتداء وتعلم الآلة، مما سمح بدقة استثنائية في التعرف على تصنيف المواليد المعرضين للخطر.

تقنية مبتكرة لمكافحة الأمراض العصبية الحركية

تتكون هذه الحالة الاختبارية الأخيرة، وهي دراسة بعنوان 'التقدم في العلوم'، من شبكة من أجهزة قياس التسارع اللاسلكية الناعمة (IMUs) بالاقتران مع خوارزمية تعلم آلي مصغرة يمكن استخدامها لمراقبة التنشيط التلقائي لوظائف حركية للرضع وعلامات اضطرابات النمو أو تقدمها، مثل الشلل الدماغي. صُمم هذا النظام الروبوتي للذكاء الاصطناعي للكشف عن أنماط الحركة غير الطبيعية التي تشير إلى الشلل الدماغي واضطراب طيف التوحد، وهو الهدف من هذه التكنولوجيا.

كشف الدكتور Cheng بوعي أن هذه الحركات هي مؤشر على التطور العصبي العام للإنسان من 0 إلى 20 أسبوعاً بعد الولادة. الطرق التقليدية التي يقوم فيها الخبراء البشريون عادةً بتشخيص الأعراض من خلال التقييم البصري غالباً ما تكون فقيرة بسبب الخطأ البشري، والظروف الجوية القاسية، وتعقيد إعداد الفيديو. فيما يتعلق بتقنية المستشعرات التي قدمها Cheng، يمكننا التحدث عن تحسينين وديدين يتعلقان بالموضوعية والعملية. يمكن أن تقلل هذه التحسينات من الوقت المطلوب للتشخيصات المبكرة والأكثر دقة.

الكشف المبكر عن المشاكل العصبية الحركية بتقنية المستشعرات الجديدة

كانت أجهزة الاستشعار رائجة في صناعة اللياقة البدنية لبعض الوقت، وهي اتجاه سيستمر في السنوات القادمة، نظراً لقدرتها على قياس مستويات النشاط في الوقت الفعلي. هذا البيانات قيّمة بشكل لا يصدق للمستخدمين الذين يريدون مراقبة تقدمهم وتحقيق أهدافهم في اللياقة البدنية.

تمتلك نظام المستشعرات الذي طورته مجموعة Cheng خصائص ميكانيكية مشابهة لبشرة الإنسان، مما يجعلها مثالية للتعامل مع بشرة الرضيع الحساسة. تم اختيار جبهة الرضيع ومعصميه وكاحليه كأماكن لتركيب أول خمسة أجهزة IMUs، مما يشكل شبكة متفرقة لكنها تغطي النطاق الكامل لحركة الرضيع دون أن تكون تدخلاً. ثم تتم معالجة هذه البيانات الخام بواسطة خوارزمية تعلم الآلة التابعة للفريق التي تستخدم خوارزمية مخصصة لتحديد أنماط الحركة إما 'طبيعية'، 'عالية الخطورة'، أو 'غير طبيعية'.

«وبالتالي، لا تحسّن هذه الطريقة دقة التشخيصات فحسب، بل تقلل أيضاً بشكل كبير التكاليف المطلوبة والمواد اللازمة، وذلك من خلال مقارنة الأساليب التشخيصية المعتادة سابقاً»، قال تشنغ. وتُعد خوارزميات التعلم الآلي الصغيرة أقل فائدة في المناطق التي تعاني من محدودية الموارد. وتركز الجهود على الحصول على نتائج سريعة من الخوارزميات الأصغر، مع التأكيد على أن أطر عمل الذكاء الاصطناعي المعقدة ليست ضرورية.

تطوير أنظمة الخبراء لتحسين النتائج الصحية

على الرغم من أن البحث التجريبي الذي شمل 23 رضيعاً كان واعداً، إلا أنه لا يكفي لتأكيد نتائج متعددة الجوانب، نظراً لوجود عنصر خطأ محتمل في مثل هذه الدراسات. لذلك، يجب إجراء دراسات على نطاق واسع للتحقق من صحة النتائج. ومن بين أهداف الفريق، بالتعاون مع تشنغ وأعضاء آخرين، العمل مع المتخصصين في المجال الطبي، بالإضافة إلى تسليط الضوء أكثر على المنتج وتحسين التكنولوجيا. وسيُسهّل تطوير شبكة المستشعرات هذا البحث، الذي لن يقتصر على التقييمات العصبية العضلية فحسب، بل سيتسع أيضاً لتقييم وظائف القلب والرئتين، واهتزاز الحبال الصوتية، والتدريب الرياضي.

يُفتح دمج الذكاء الاصطناعي والتقنيات القابلة للارتداء في التشخيص الطبي نافذة جديدة من الفرص في تقديم الرعاية للأطفال الصغار، مما قد يحسّن من إمكانية التدخل المبكر ومعدلات بقاء الأطفال على قيد الحياة في المستقبل، خاصة للأفراد المعرضين لخطر الإصابة بأمراض عصبية عضلية. ومع استمرار إجراء البحث بشكل شامل، قد تصبح هذه التكنولوجيا الأداة الأكثر ضرورة للأطباء والآباء لمراقبة المواليد الجدد بشكل وقائي وتنموي.

يُؤكد هذا الإنجاز من جامعة ولاية بنسلفانيا أيضاً على ضرورة وفائدة التعاون بين مختلف المجالات، وفي هذه الحالة، الطب وعلوم الكمبيوتر. كما يبرز التحول نحو حقيقة أن مثل هذه التطبيقات أصبحت متاحة اليوم. وبفضل أنظمة الذكاء الاصطناعي المدمجة والفعالة، مقترنة بمستشعرات قابلة للارتداء وغير جراحية، قد يتطور التشخيص الطبي ورعاية المرضى إلى نهج جديد لمعالجة هذه القضية، حيث تُستخدم التكنولوجيا لتسهيل استراتيجيات الكشف والعلاج.

ظهرت هذه المقالة أصلاً في News Medical