«Εξυπνος» επίδεσμος ταχείας δράσεως με τη χείρα βοηθείας της ΑΙ

Η επούλωση των τραυμάτων και των πληγών είναι μια διαδικασία που περνά από διαφορετικά στάδια: αρχικώς δημιουργείται θρόμβωση στο σημείο ώστε να σταματήσει η αιμορραγία, στη συνέχεια… πιάνει δουλειά το ανοσοποιητικό σύστημα που προκαλεί φλεγμονή, ενώ ακολουθεί η αναγέννηση του ιστού.

Εξατομικευμένη αντιμετώπιση

Τώρα μια νέα φορετή συσκευή που ονομάζεται a-Heal και η οποία σχεδιάστηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στοχεύει στο να βελτιώσει κάθε στάδιο αυτής της διαδικασίας. Το σύστημα προσφέρει εξατομικευμένη αντιμετώπιση των τραυμάτων χρησιμοποιώντας μια μικροσκοπική κάμερα και την τεχνητή νοημοσύνη (ΑΙ) προκειμένου να ανιχνεύει το στάδιο επούλωσης του εκάστοτε τραύματος και να προσφέρει την κατάλληλη θεραπεία στη μορφή φαρμάκου ή εφαρμογής ηλεκτροθεραπείας.

Επιτάχυνση της διαδικασίας επούλωσης

Η φορητή ασύρματη συσκευή υπόσχεται να καταστήσει πιο εύκολα προσβάσιμη την αποτελεσματική και ταχεία αντιμετώπιση τραυμάτων σε ασθενείς που βρίσκονται σε απομακρυσμένες περιοχές ή έχουν μειωμένη κινητικότητα. Προκαταρκτικά προκλινικά αποτελέσματα τα οποία δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό «npj Biomedical Innovations» έδειξαν ότι η συσκευή επιταχύνει όντως τη διαδικασία επούλωσης.

Μοντέλο της φορετής συσκευής a-Heal (Rolandi et al.)

Πώς σχεδιάστηκε όμως η συσκευή; Δημιουργοί της ήταν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρουζ καθώς και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ντέιβις με επικεφαλής τον καθηγητή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Μάρκο Ρολάντι. Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα σύστημα που «παντρεύει» την απεικόνιση, τη βιοηλεκτρονική και την ΑΙ για να επιτύχει ταχύτερη επούλωση των τραυμάτων. «Το σύστημά μας λαμβάνει όλα τα σήματα από τον οργανισμό και με έξωθεν παρέμβαση βελτιστοποιεί την επουλωτική διαδικασία» σημείωσε ο καθηγητής Ρολάντι.

Ο «ΑΙ γιατρός»

Συγκεκριμένα η συσκευή φέρει μια ενσωματωμένη κάμερα που αναπτύχθηκε από τον αναπληρωτή καθηγητή Μιρκέα Τεοντορέσκου και περιγράφηκε σε μελέτη στο επιστημονικό περιοδικό «Communications Biology», η οποία λαμβάνει εικόνες από την πληγή κάθε δύο ώρες. Οι εικόνες αυτές «τροφοδοτούν» ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης (αναπτύχθηκε από την αναπληρώτρια καθηγήτρια Εφαρμοσμένων Μαθηματικών Μαρτσέλα Γκόμεζ) το οποίο οι ερευνητές αποκαλούν «ΑΙ γιατρό».

Μικροσκόπιο σε μορφή επιδέσμου

«Πρόκειται ουσιαστικώς για ένα μικροσκόπιο σε μορφή επιδέσμου. Η συνεχής απεικόνιση του τραύματος επιτρέπει στην ΑΙ να εντοπίσει τα στάδια της επούλωσης, να ανιχνεύσει πιθανά προβλήματα και να συστήσει θεραπείες». Η θεραπεία μπορεί να είναι μια φαρμακευτική ουσία – συγκεκριμένα το φάρμακο φλουοξετίνη, ένας εκλεκτικός αναστολέας επαναπρόσληψης της σεροτονίνης που ελέγχει τα επίπεδα σεροτονίνης στο τραύμα και βελτιώνει την επούλωση μειώνοντας τη φλεγμονή –  η οποία μεταφέρεται στο τραύμα μέσω της βιοηλεκτρονικής ή ένα ηλεκτρικό πεδίο το οποίο ενισχύει τη μετανάστευση κυττάρων ώστε να επιτευχθεί η επούλωση του τραύματος.

Συνεχής παρακολούθηση και εφαρμογή θεραπείας ως την πλήρη επούλωση

Ο «ΑΙ γιατρός» προσδιορίζει την κατάλληλη δόση του φαρμάκου που πρέπει να μεταφερθεί στο τραύμα ή την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου που πρέπει να εφαρμοστεί. Μετά την εφαρμογή της θεραπείας για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, η κάμερα λαμβάνει νέα εικόνα του τραύματος και η διαδικασία ξαναρχίζει έως την πλήρη επούλωση.

Δυνατότητα παρέμβασης του… ανθρώπινου γιατρού

Κατά τη λειτουργία της η φορετή συσκευή μεταδίδει εικόνες και δεδομένα, όπως τον ρυθμό της επούλωσης, σε μια ασφαλή διαδικτυακή πλατφόρμα ούτως ώστε να έχει πρόσβαση σε αυτή ένας… ανθρώπινος γιατρός ο οποίος μπορεί να παρεμβαίνει και να ρυθμίζει τη θεραπεία, αν χρειαστεί. Η a-Heal είναι προσδεδεμένη σε έναν εμπορικά διαθέσιμο επίδεσμο για ασφαλή χρήση.

25% ταχύτερη επούλωση

Προκειμένου να αξιολογήσουν την πιθανή κλινική χρήση του «έξυπνου» ΑΙ επιδέσμου οι ερευνητές τον δοκίμασαν σε προκλινικά μοντέλα τραυμάτων. Οπως φάνηκε, οι πληγές επουλώθηκαν 25% ταχύτερα με χρήση του ΑΙ επιδέσμου σε σύγκριση με τη συμβατική θεραπευτική διαδικασία. Τα ευρήματα αυτά ανοίγουν τον δρόμο όχι μόνο για την επιτάχυνση της επούλωσης των οξέων τραυμάτων αλλά και για την αντιμετώπιση των χρόνιων πληγών όπως τα διαβητικά έλκη.

Με όπλο την ενισχυτική μάθηση

Σημειώνεται ότι το μοντέλο ΑΙ που χρησιμοποιήθηκε στο συγκεκριμένο σύστημα βασίστηκε στην προσέγγιση της «ενισχυτικής μάθησης» η οποία μιμείται τη διαγνωστική μέθοδο που χρησιμοποιούν οι γιατροί.

ΑΙ μοντέλο… αεί διδασκόμενο

Η ενισχυτική μάθηση είναι μια προσέγγιση στην οποία το μοντέλο μαθαίνει μέσα από τις δοκιμές και τα λάθη το πώς θα επιτύχει έναν συγκεκριμένο στόχο. Το ΑΙ μοντέλο είναι… αεί διδασκόμενο – μαθαίνει συνεχώς από τη διαδικασία επούλωσης του κάθε ασθενή και προσαρμόζει τη θεραπεία αναλόγως.

Αλγόριθμος χαρτογράφησης

Το μοντέλο της ενισχυτικής μάθησης που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές καθοδηγείται από έναν αλγόριθμο – τον Deep Mapper – το οποίο ανέπτυξαν η δρ Γκόμεζ και οι φοιτητές της. Ο αλγόριθμος αυτός επεξεργάζεται τις εικόνες των τραυμάτων προκειμένου να αποτυπώσει το στάδιο επούλωσης και χαρτογραφεί όλη τη διαδικασία επούλωσης. Τελικώς το μοντέλο μαθαίνει ένα γραμμικό δυναμικό μοντέλο σχετικά με τη διαδικασία της επούλωσης το οποίο και χρησιμοποιεί ώστε να προβλέπει πώς θα εξελιχθεί η διαδικασία.

Επόμενος στόχος οι χρόνιες πληγές

Με όλα αυτά τα hi-tech όπλα στα χέρια τους, οι επιστήμονες διερευνούν τώρα τη δυναμική της «έξυπνης» συσκευής για βελτίωση της επούλωσης των χρόνιων και μολυσμένων πληγών.