شناسایی بیماری پارکینسون با استفاده از یک قلم

این قلم خلاقانه در یک مطالعه محدود آزمایش شده و به عنوان یک ابزار مقرون‌به‌صرفه و ساده برای تشخیص زودهنگام این بیماری، به ویژه در مناطق با دسترسی محدود به پزشکان یا تجهیزات پزشکی به شمار می‌رود.

بیماری پارکینسون تأثیر زیادی بر روی کنترل حرکات توسط مغز دارد و علائمی از قبیل لرزش، سفتی عضلات و کاهش سرعت حرکات را ایجاد می‌کند. یکی از نشانه‌های آغازین این بیماری، تغییر در مهارت‌های حرکتی ریز، مانند خط‌خطی کردن است. پزشکان همچنین معمولاً بر مبنای سبک راه رفتن یا حرکات فرد و همچنین کیفیت دست‌خط او، بیماری پارکینسون را تشخیص می‌دهند.

این ارزیابی‌ها ممکن است میان پزشکان متفاوت باشد و به تجربه آن‌ها بستگی زیادی دارد. در عوض، برخی آزمایش‌های پیشرفته‌تر به نشانگرهای بیولوژیکی متکی‌اند و ابزارهای گران‌قیمتی هستند که نیاز به تجهیزات خاص دارند و به این دلیل در بسیاری از نقاط جهان از دسترس خارج‌اند. به همین منظور، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا قلمی طراحی کردند که تمرکز آن بر نحوه نوشتن افراد است. این قلم حرکات دستی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند و سپس این سیگنال‌ها برای شناسایی الگوهای مرتبط با پارکینسون مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.

نوک قلم از یک ماده سیلیکونی نرم پر از ذرات مغناطیسی کوچک ساخته شده و از جوهر خاصی به نام «فروفلوئید» استفاده می‌کند که حاوی نانومغناطیس‌هاست. هنگام نوشتن، فشار و حرکت ایجاد تغییراتی در میدان‌های مغناطیسی داخل قلم می‌کند و این تغییرات موجب تولید سیگنال‌های الکتریکی می‌شوند که از طریق سیم‌پیچ موجود در قلم دریافت می‌گردند.

در این پژوهش تجربی، ۱۶ نفر از این قلم استفاده کرده‌اند؛ از این تعداد، سه نفر به بیماری پارکینسون مبتلا بودند و ۱۳ نفر دیگر سالم بودند. از آن‌ها خواسته شد چندین فعالیت نوشتاری نظیر رسم مارپیچ، کشیدن خطوط مستقیم و نوشتن حروف – هم روی کاغذ و هم در فضا – انجام دهند و سپس سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط نوشته‌های آن‌ها با استفاده از مدل‌های کامپیوتری تجزیه و تحلیل شد.

در میان مدل‌های آزمایش شده، نوع خاصی از هوش مصنوعی به نام شبکه عصبی «کانولوشن تک‌بعدی»، دقیق‌ترین نتایج را به دست آورد. این مدل بیش از ۹۶ درصد مواقع به‌خوبی بیماران پارکینسون را شناسایی کرد. این دقت با توجه به تعداد کم شرکت‌کنندگان در تحقیق، بسیار قابل توجه است.

یکی از مزایای اصلی این قلم جدید این است که بر پایه تحلیل ظاهری دست‌خط، که می‌تواند بین افراد بسیار متنوع باشد، تکیه نمی‌کند. بلکه به اندازه‌گیری نحوه حرکت دست در حین نوشتن می‌پردازد، که این ویژگی به کاهش وابستگی به قضاوت‌های پزشکان کمک کرده و می‌تواند موجب عینی‌تر بودن این فرایند گردد. این قلم می‌تواند به‌ویژه در مناطق کم‌درآمد، در خانه‌ها یا incluso در نواحی دورافتاده‌ای که افراد به متخصصان دسترسی آسانی ندارند، بسیار کارآمد باشد.

این قلم همچنین قابلیت‌هایی فراتر از تشخیص بیماری دارد؛ اگر در گروه‌های بزرگتری مورد آزمایش قرار گیرد، می‌تواند به ردیابی تغییرات علائم بیماران در طول زمان کمک کند و بدین ترتیب به پزشکان در تنظیم درمان‌ها و کنترل دقیق‌تر پیشرفت بیماری یاری رساند.

محققان این اختراع خود را به عنوان دستگاهی «مقرون‌به‌صرفه، چندمنظوره و قابل اعتماد» توصیف می‌کنند که می‌تواند شیوه‌ی تشخیص و مدیریت پارکینسون را متحول کند.

در صورتی که مطالعات آینده وجود مزایای این قلم را در جمعیت‌های بزرگتر و متنوع‌تر تأیید کند، این ابزار هوشمند ممکن است به زودی به یک وسیله رایج در بیمارستان‌ها و خانه‌ها تبدیل شود و امیدهای جدیدی برای تشخیص زودهنگام و بهبود مراقبت از میلیون‌ها نفر مبتلا به بیماری پارکینسون ایجاد کند.

نتایج این پژوهش تحت عنوان «تحلیل دستخط شخصی‌سازی‌شده با استفاده از شبکه عصبی برای تشخیص بیماری پارکینسون» در نشریه Nature Chemical Engineering منتشر شده است.