کاربرد هوش مصنوعی در تشخیص بیماری پارکینسون

پژوهشگران آزمایشگاه Human Movement واقع در دپارتمان تربیت بدنی دانشگاه سائوپائولو (UNESP) برزیل، از هوش مصنوعی کمک گرفته‌اند تا روند پیشرفت بیماری پارکینسون را با سرعت و دقت بیشتری تشخیص دهند. این متخصصان با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، پارامترهای راه‌رفتن افراد را تحلیل کرده‌اند تا به این وسیله، در تشخیص بیماری پارکینسون موفق باشند.

پژوهشگران دریافتند که چهار ویژگی مربوط به راه‌رفتن در تشخیص این بیماری نقش مهم ایفا می‌کنند: طول گام، سرعت، پهنا و ثبات (یا تغییرپذیری پهنا). تغییرپذیری پهنا و زمان پشتیبانی دوگانه (هنگامی که هر دو پا در تماس با سطح زمین هستند) دو عاملی هستند که در مورد شدت بیماری پارکینسون اطلاعات زیادی در اختیار ما قرار می‌دهند.

فابیو آگوستو باربیری، استاد تربیت بدنی دانشگاه UNESP و یکی از نویسندگان مقاله، توضیح می‌دهد: «تفاوت و نوآوری پروژه‌ ما نسبت به سایر مطالعات این حوزه در این است که از دیتابیس بزرگ‌تری استفاده می‌کنیم. ما پارامترهای مربوط به راه‌رفتن را به عنوان معیار کلیدی تشخیص بیماری پارکینسون به کار بردیم؛ زیرا نقص در راه‌رفتن معمولاً در مراحل اولیه‌ این بیماری نمایان و به مرور زمان تشدید می‌شود. دلیل دیگر این است که این پارامترها با ویژگی‌هایی همچون سن، قد و وزن همبستگی ندارند.»

الگوریتم یادگیری ماشین و کمک به بیماران مبتلا به پارکینسون

۶۳ نفر از مشارکت‌کنندگان در برنامه‌ میان‌رشته‌ای Ativa Parkinson، برنامه‌ای برای فعالیت‌های سازمان‌یافته ویژه‌ بیماران مبتلا به پارکینسون و ۶۳ نفر دیگر به عنوان گروه کنترل در این آزمایشات مورد مطالعه قرار گرفتند. سن همگی داوطلبان بیشتر از ۵۰ سال بود. داده‌های جمع‌آوری‌شده طی بازه‌ زمانی ۷ ساله به الگوریتم یادگیری ماشین آموزش داده شد.

پژوهشگران با تحلیل پارامترهای مربوط به راه‌رفتن و مقایسه‌ آن‌ها با سطح موردانتظار برای این گروه سنی به ارزیابی خط‌ پایه دست یافتند. طی این فرایند، از یک دوربین ثبت حرکات فضایی استفاده شد تا طول، پهنا، زمان، سرعت، آهنگ، تغییرپذیری و قرینگی گام برای هر فرد به صورت مجزا ثبت شود. پژوهشگران از این داده‌ها استفاده کردند تا دو مدل یادگیری ماشینی متفاوت بسازند: یکی برای تشخیص بیماری و دیگری برای برآورد شدت بیماری. متخصصان دانشکده مهندسی دانشگاه پورتو پرتغال، در این قسمت از پروژه با پژوهشگران دانشگاه UNESP همکاری داشتند.

شش الگوریتم در این پروژه به کار رفتند: بیز ساده (NB)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، درخت تصمیم (DT)، جنگل تصادفی (RF)، رگرسیون لوجیستیک (LR) و پرسپترون چندلایه‌ای (MLP). الگوریتم NB به دقت ۶/۸۴ درصدی در تشخیص بیماری دست یافت و الگوریتم‌های NB و RF بهترین عملکرد را در تشخیص شدت بیماری از خود به نمایش گذاشتند. باربیری اضافه می‌کند: «دقت پذیرفته‌شده برای ارزیابی‌های بالینی حدود ۸۰ درصد است. در این پروژه، با ترکیب ارزیابی‌های بالینی با هوش مصنوعی توانستیم احتمال خطا در تشخیص بیماری پارکینسون را به میزان چشمگیری کاهش دهیم.»

چالش‌های تشخیص پارکینسون

بخشی از علت بیماری پارکینسون به تخریب و تضعیف آن دسته از سلول‌های عصبی مغز برمی‌گردد که مسئولیت کنترل حرکات را برعهده دارند. این مسئله در اثر نقص در تولید دوپامین اتفاق می‌افتد. دوپامین انتقال‌دهنده‌ای عصبی است که سیگنال‌های مغزی را به ماهیچه‌ها ارسال می‌کند. سطح پایین دوپامین به مشکل در حرکت می‌انجامد و نشانه‌هایی همچون لرزش، گام‌های آهسته، توازن پایین، تغییر و نوسان در گفتار و نوشتار را به همراه می‌آورد.

یکی از چالش‌های تشخیص پارکینسون درحال‌حاضر این است که شناسایی این بیماری بر اساس سوابق بالینی و معاینات عصب‌شناختی انجام می‌گیرد و آزمایش مشخصی ندارد. برآورد کلی از آمار موجود نشان می‌دهد که بین ۳ تا ۴ درصد از جمعیت بالای ۶۵ سال مبتلا به پارکینسون هستند. به گفته‌ تیاگو پنیدو، یکی دیگر از نویسندگان مقاله‌ مذکور، یافته‌های این پژوهش نقش مهمی در ارتقای ارزیابی و تشخیص بیماری پارکینسون ایفا می‌کنند؛ البته هزینه‌ بالای استفاده از این فناوری‌ها عاملی بازدارنده‌ به شمار می‌رود.

وی ادامه می‌دهد: «ما موفق شدیم ابزارهای موجود را ارتقاء دهیم و به گسترش دیتابیس موجود کمک کنیم؛ اما در این راستا از تجهیزات گران‌قیمتی استفاده کرده‌ایم که در کلینیک‌ها و مراکز بهداشتی وجود ندارند.» تجهیزات به‌کاررفته در این پژوهش حدود ۱۰۰,۰۰۰ دلار قیمت دارند. پنیدو معتقد است که این فرایند را با تجهیزات ارزان‌تر همچون کرنومتر هم می‌توان انجام داد، اما دقت نتایج پایین می‌آید. پژوهشگران معتقدند تکنیک‌های به‌کاررفته در این پژوهش به درک بهتر مکانیزم‌های زیربنایی بیماری پارکینسون کمک می‌کنند.

پیش از این، مقاله‌ دیگری از این گروه پژوهشگران نشان داد که بیماران مبتلا به پارکینسون نسبت به افراد سالم با سن و وزن مشابه، ۵۳ درصد سینرژی کمتر در طول گام نشان می‌دهند. سینرژی به ظرفیت سیستم حرکتی یا اسکلتی-عضلانی در انطباق حرکات اشاره دارد و عواملی از جمله سرعت و حالت پا را در برمی‌گیرد. مطالعات دیگر نیز حاکی از این بوده‌اند که بیماران مبتلا به پارکینسون در حفظ کنترل حرکت و ثبات مشکل دارند. با این حال، پژوهشگران دانشگاه UNESP بر این باورند که یافته‌های جدید، اطلاعات مفیدی در مورد تغییرات روند بیماری پارکینسون در اختیار ما قرار می‌دهند.

جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید