لس‌آنجلس – پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، از ابداع یک قلم تشخیصی نوآورانه خبر داده‌اند که می‌تواند با دقتی خیره‌کننده، ۹۶.۲۲ درصدی، به شناسایی علائم اولیه بیماری پارکینسون کمک کند. این اختراع، که در یک پژوهش آزمایشی موفق عمل کرده است، می‌تواند به ابزاری کم‌هزینه و کاربردی برای تشخیص زودهنگام این بیماری، به‌ویژه در مناطقی با دسترسی محدود به پزشکان متخصص یا تجهیزات پیشرفته پزشکی، تبدیل شود.
شناسایی علائم پنهان: از دستخط تا سیگنال‌های الکتریکی
بیماری پارکینسون بر کنترل مغز بر حرکت تأثیر می‌گذارد و علائمی نظیر لرزش، سفتی عضلات و کندی حرکات را به دنبال دارد. یکی از نشانه‌های اولیه و ظریف این بیماری، تغییر در مهارت‌های حرکتی دقیق، از جمله دستخط است. در حال حاضر، پزشکان برای تشخیص پارکینسون اغلب بر مشاهده نحوه حرکت، راه رفتن یا دستخط بیمار تکیه می‌کنند. اما این ارزیابی‌ها ممکن است بین پزشکان متفاوت باشد و به شدت به تجربه آن‌ها وابسته است. از سوی دیگر، آزمایش‌های پیشرفته‌تر با استفاده از نشانگرهای بیولوژیکی، گران‌قیمت هستند و به تجهیزات تخصصی نیاز دارند که دسترسی به آن‌ها را در بسیاری از نقاط جهان محدود می‌کند.
برای رفع این چالش‌ها، پژوهشگران UCLA قلم هوشمندی را توسعه داده‌اند که بر نحوه نوشتن فرد تمرکز می‌کند. این قلم، حرکات دست را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کرده و سپس این سیگنال‌ها را برای تحلیل الگوهای مرتبط با پارکینسون، با استفاده از هوش مصنوعی، تجزیه و تحلیل می‌کند.
فناوری نهفته در قلم: سیلیکون نرم و فروفلوئید مغناطیسی
راز عملکرد این قلم در نوک آن نهفته است: نوک قلم از یک ماده سیلیکونی نرم پر شده با ذرات مغناطیسی ریز ساخته شده و از جوهر مخصوصی به نام “فروفلوئید” (حاوی آهنرباهای نانومقیاس) استفاده می‌کند. هنگام نوشتن، فشار و حرکت دست باعث ایجاد تغییراتی در میدان‌های مغناطیسی داخل قلم می‌شود. این تغییرات، سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند که توسط یک سیم‌پیچ داخلی دریافت می‌شوند.
در پژوهش آزمایشی، ۱۶ نفر از این قلم استفاده کردند که شامل سه بیمار پارکینسونی و ۱۳ فرد سالم بود. از آن‌ها خواسته شد تا کارهای نوشتاری مختلفی مانند رسم مارپیچ، خطوط مستقیم و نوشتن حروف را هم روی کاغذ و هم در هوا انجام دهند. سپس، سیگنال‌های الکتریکی تولید شده از دستخط آن‌ها توسط مدل‌های رایانه‌ای هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل شد.
دقت بی‌نظیر هوش مصنوعی: فراتر از قضاوت انسانی
در میان مدل‌های هوش مصنوعی آزمایش‌شده، نوع خاصی از شبکه عصبی به نام “شبکه عصبی کانولوشن تک‌بعدی” دقیق‌ترین نتایج را ارائه داد. این مدل توانست بیماران پارکینسون را در بیش از ۹۶ درصد مواقع به درستی شناسایی کند. این سطح از دقت، با توجه به تعداد نسبتاً کم شرکت‌کنندگان پژوهش، بسیار چشمگیر است.
یکی از بهترین مزایای این قلم جدید این است که به تحلیل ظاهر دستخط متکی نیست (که می‌تواند بین افراد بسیار متفاوت باشد). در عوض، نحوه حرکت دست هنگام نوشتن را اندازه‌گیری می‌کند، که باعث می‌شود کمتر به قضاوت متخصص وابسته باشد و عملکردی عینی‌تر داشته باشد. این ویژگی، قلم را به ابزاری کارآمد در محیط‌های با منابع محدود، برای استفاده خانگی یا حتی در مناطق دورافتاده‌ای که دسترسی به متخصصان آسان نیست، تبدیل می‌کند.
پتانسیل‌های آینده: ردیابی پیشرفت بیماری و مدیریت بهتر درمان
این قلم همچنین پتانسیلی فراتر از تشخیص اولیه بیماری دارد. در صورت آزمایش موفقیت‌آمیز در گروه‌های بزرگتر، می‌توان از آن برای ردیابی چگونگی تغییر علائم بیمار در طول زمان استفاده کرد. این قابلیت می‌تواند به پزشکان کمک کند تا درمان‌ها را به صورت دقیق‌تری تنظیم کرده و پیشرفت بیماری را با جزئیات بیشتری کنترل کنند.
پژوهشگران اختراع خود را به عنوان دستگاهی “کم‌هزینه، پرکاربرد و قابل اعتماد” توصیف می‌کنند که قادر است نحوه تشخیص و مدیریت بیماری پارکینسون را متحول کند. نتایج این پژوهش با عنوان “تجزیه و تحلیل دستخط شخصی‌سازی‌شده با کمک شبکه عصبی برای تشخیص بیماری پارکینسون” در نشریه معتبر Nature Chemical Engineering منتشر شده است. اگر پژوهش‌های آینده مزایای آن را در جمعیت‌های بزرگتر و متنوع‌تر تأیید کند، این قلم هوشمند ممکن است به زودی به ابزاری رایج در بیمارستان‌ها و خانه‌ها تبدیل شده و امیدی جدید برای تشخیص زودهنگام و مراقبت بهتر از میلیون‌ها نفر مبتلا به بیماری پارکینسون در سراسر جهان باشد.