مستوحاة من شعيرات الفئران.. طريقة جديدة لتشخيص أمراض الجهاز الهضمي

اقترح فريق من الباحثين نظامًا جديدًا لتشخيص الجهاز الهضمي، مدعومًا بـ الذكاء الاصطناعي، مستوحى من شعيرات الفئران.

فأمراض الجهاز الهضمي، التي يمكن أن تكون أعراضها متنوعة ومؤلمة، قد تؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة، وتشكل تحديا صحيا هائلا في جميع أنحاء العالم.

بالنسبة لهذه الأمراض، يعد التشخيص والتدخل المبكر أمرًا بالغ الأهمية لنجاح العلاج والحد من مخاطر الوفيات.

عادةً ما تكون طرق التشخيص الحالية لمرض الجهاز الهضمي بصرية، وتخضع لجودة صورة محدودة.

علاوة على ذلك، ليس لدى الأطباء القدرة على تقديم معلومات حول تشوهات الأنسجة مثل التيبس أو المشكلات الهيكلية.

ومع ذلك، اقترح فريق بحث من إمبريال كوليدج لندن وجامعة فودان في شنغهاي طريقة تشخيصية حسية عن طريق اللمس جديدة قد تكمل أو حتى تعزز الطرائق البصرية الحالية.

نُشرت أعمال هؤلاء الباحثين في npj Robotics.

طرق التشخيص الحالية وقيودها

التنظير التقليدي هو طريقة فحص قليلة التدخل حاليا ومستخدمة على نطاق واسع، حيث يمكن للأطباء من خلالها استخدام نطاق مرن مزود بكاميرا صغيرة للبحث عن علامات المرض داخل الجهاز الهضمي للمريض.

ومع ذلك، نظرًا لأن التنظير طريقة تعتمد على الرؤية، فإن البيئة المظلمة والضيقة التي يعمل فيها قد تؤدي إلى إضعاف جودة الصور التي يمكن أن يقدمها.

هناك طريقة أخرى وهي التنظير الداخلي للكبسولة اللاسلكية، حيث يبتلع المريض كبسولة كاميرا صغيرة يمكنها نقل الصور لاسلكيا إلى الأطباء للتشخيص.

وبالرغم من أن التنظير الكبسولي معروف كطريقة فحص تكميلية منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام وقليلة التدخل، إلا أن الصور التي يقدمها تخضع لمشكلات جودة مشابهة لتلك الخاصة بالتنظير الداخلي التقليدي، علاوة على ذلك، قد تظل هناك حاجة إلى التنظير الداخلي التقليدي لإنشاء تشخيص مفصل بعد التنظير الكبسولي.

قام الباحثون أيضا بتطوير واختبار العديد من طرق التنظير اللوني، لكنها تخضع لمشاكل مماثلة في جودة الصورة وقد تتطلب استخدام عوامل صبغية متوافقة حيويا، وهو أمر ليس ممكنًا دائمًا، بالإضافة إلى ذلك، أسفرت إحدى طرق التنظير اللوني عن نتائج بحثية تظهر عدم وجود تحسن في معدلات اكتشاف الأورام الحميدة.

طريقة تشخيصية جديدة

في الوقت نفسه، استلهم الباحثون في هذا الاقتراح الجديد من الآلية الحسية لشوارب الفئران.

فالفئران لديها ضعف في البصر، تمامًا كما يستخدم البشر أطراف أصابعهم، تستخدم الفئران شواربهم لمساعدتهم على إدراك المعلومات حول محيطهم المادي، والذي غالبًا ما يكون مظلمًا ومحدودًا.

مع العلم أن الشعيرات الاصطناعية التي تم تطويرها من أجل الأبحاث السابقة حققت أداءً جيدًا في المهام التي تتضمن إدراك المسافة والتمييز بين الملمس، رأى فريق البحث فرصة لاستخدامها في فحص أمراض الجهاز الهضمي.

يحدد مقترح شركة npj Robotics نظام أجهزة قائم على المحاكاة الحيوية مع قدرة على التعلم الذاتي مدعومة بالذكاء الاصطناعي لهذا الغرض.

الخفق والذكاء الاصطناعي

تعتبر البصيلات التي تتجذر فيها شعيرات الفئران مسؤولة إلى حد كبير عن قدرتها الحسية.

ومن خلال دمج هذه المعرفة، قام الفريق بتصميم واختبار العديد من إصدارات أنظمة الأجهزة الثابتة والديناميكية، والتي ناقشوها في ورقتهم البحثية.

توصل الباحثون في النهاية إلى أن النموذج الديناميكي مع حركة مدفوعة خارجيا، على عكس الحركة التي يقودها محرك مثبت، والذي قاموا بتقييمه أيضًا، من شأنه أن يوفر أفضل قدرة استشعار لأغراض التشخيص.

سيتضمن النموذج المقترح حركة خفق مستمرة لتوفير معلومات تعتمد على إدراك المسافة بدلًا من التوطين الدقيق.

وجاء في البحث أنه «بناءً على هذه الفكرة، تم تطوير خوارزمية التعلم العميق لرسم الخرائط البارامترية غير الخطية من حيث إشارة الخرج والمعلمات محل الاهتمام، مثل المعلومات التركيبية والصلابة وتقدير المسافة، وبهذه الطريقة، لترجمة المخرجات إلى النتائج ذات الصلة المعلومات للمساعدة في التشخيص السريري».

بتفصيل كبير، تناقش الورقة النموذج المقترح بالإضافة إلى تجارب الباحثين المعيارية حول تقييمات الضوضاء الكامنة والوظيفة الأساسية، ويصف أيضًا الدراسة التجريبية التي أجراها فريق البحث، والتي بلغت نتائج دقة اختبارها المعلنة «متوسط ​​94.44% مع 0.9167 كابا».

ويخلص الفريق إلى أنه من خلال توفير تفاصيل حول بنية وملمس الجهاز الهضمي، فإن طريقة اللمس المقترحة يمكن أن تتحسن بشكل كبير أو تعمل مع طرق التشخيص البصري الحالية.

ويقترح الباحثون أن إجراء المزيد من الدراسة للخصائص الميكانيكية والفيزيائية للشارب الاصطناعي، بالإضافة إلى تصميم نظام الأجهزة متعددة القنوات المصاحبة، يمكن أن يساعد في تحقيق طريقة التشخيص هذه.