هوش مصنوعي چگونه مي‌تواند به سلامت فضانوردان كمك كند؟
انسان‌ها در طول ميليون‌ها سال براي زندگي روي زمين به تكامل رسيده‌اند. يكي از اهداف بشر امروزي، فرستادن انسان به مأموريت‌هاي فضايي طولاني‌مدت است كه پيش‌نياز اصلي آن بقا در اين بازه‌ي طولاني است. ناسا در حال برنامه‌ريزي براي فرستادن انسان به سياركي تا سال ۲۰۲۵ و فرستادن انسان به مريخ در دهه‌ي ۲۰۳۰ است. در سفر ناسا به مريخ، به‌عنوان طولاني‌ترين مأموريت فضايي سرنشين‌دار، فضانوردان بايد سه سال در فضا دوام بياورد. اگرچه فضانوردان مي‌توانند با شرايط جديد سازگار شوند، سفرهاي فضايي طولاني‌مدت بر بدن انسان فشار مي‌آورد و فضانورداني كه به زمين بازمي‌گردند، به اشكالات بينايي، تعادل، قدرت، هماهنگي و فشارخون دچار مي‌شوند.
تصوير رنگي طبيعي مريخ كه طيف‌سنج نوري فضاپيماي روزتا و سيستم پردازش تصوير از راه دور مادون قرمز (OSIRIS) ثبت كرده است.
روي زمين ماهيچه‌هاي بدن انسان دربرابر جاذبه مقاومت مي‌كنند؛ اما در فضاي بدون جاذبه، ماهيچه‌ها ضعيف مي‌شوند و فضانوردان جرم ماهيچه‌ي خود را از دست مي‌دهند؛ درنتيجه در شرايط ريزگرانش، ممكن است فضانوردان در كمتر از ۶ ماه، ۵۰ درصد از جرم ماهيچه‌ي خود را از دست بدهند. در فضا، به‌دليل افزايش دفع مواد معدني بدن تراكم استخوان‌ها ماهانه ۱ درصد كاهش مي‌يابد؛ در‌حالي‌كه نرخ اتلاف استخوان افراد مسن روي زمين، تقريبا ۱ درصد در سال است. به‌همين‌دليل، فضانوردان درمعرض خطر پوكي شديد استخوان قرار مي‌گيرند كه مي‌تواند به شكستگي و قوز منجر شود؛ درنتيجه، خطر سقوط ۴۰ درصد و خطر شكستگي لگن ۲۵ درصد و به‌طور كلي خطر مرگ، ۸۲ درصد افزايش مي‌يابد.
فضانوردان در سفرهاي فضايي طولاني‌مدت، به بازخورد مستقيم كيفيت ماهيچه‌ها و استخوان‌ها نياز دارند. ناسا براي توسعه‌ي روش‌هاي نوآورانه‌ي حفظ سلامت انسان در فضا مشغول همكاري با مؤسسه‌ي TRISH (مؤسسه‌ي پژوهش‌هاي انتقالي سلامت فضايي) است. TRISH گروهي اشتراكي تحت رهبري كالج پزشكي بايلر است كه CalTech و MIT را شامل مي‌شود. اين گروه از جديدترين پژوهش‌هاي پزشكي استفاده مي‌كند و براي انتقال روش‌هاي پيشرفته به فضانوردان، مدلي به‌نام «ميز كار تا سفر فضايي» را پياده‌سازي مي‌كند.
مؤسسه‌ي بهداشت دقيق هوش مصنوعي در مركز سرطان دانشگاه هاوايي، هونولولو.
مطالعه ASTRO3DO
در سالي كه گذشت، TRISH مجوز پژوهشي به‌نام ASTRO3DO (تركيب بدن منعطف دربرابر فضا و تحليل شكل بدن براي مأموريت‌هاي طولاني‌مدت) را به دكتر جان شفرد، از مؤسسه‌ي بهداشت دقيق هوش مصنوعي (AI-PHI) در مركز سرطان دانشگاه هاوايي داد. اين پژوهش شامل همكاري بين AI-PHI و ناسا و UCSF است. دكتر جان شفرد، هم‌بنيان‌گذار و پژوهشگر ارشد AI-PHI، در سراسر جهان به‌خاطر تخصصش در تحليل تصاوير پزشكي با هوش مصنوعي به‌شهرت رسيده است.
دكتر پيتر سادوفسكي، هم‌بنيان‌گذار و يكي از مديران يادگيري ماشين در AI-PHI، يكي از متخصصان برجسته در حوزه‌ي يادگيري عميق است. دكتر شفرد و دكتر سادفسكي مشغول اجراي پيشرفته‌ترين پژوهش‌هاي هوش مصنوعي در سراسر دنيا هستند. اين دو دانشمند براي پژوهش مذكور با دكتر ژان سيبونگا، دانشمند بيوپزشكي و سرپرست علمي آزمايشگاه معدني مركز فضايي جانسون ناسا و دكتر آنور سايور، دكتري پزشكي و استاديار و جراح ارتوپد در UCSF سان‌فرانسيسكو، همكاري مي‌كنند.
تغيير شكل بدن آشكارترين نشانه‌ي ضعف عملكرد انسان است
واضح‌ترين علامت هشدار براي ضعف عملكرد انسان تغيير شكل بدن است. شكل بدن نتيجه‌ي فرايندهاي اوميك (وابسته به زيست‌شناسي براي مثال ژنوميك، پروتئوميك و...) است. پژوهشگران AI-PHI در حال مطالعه رابطه‌ي اطلاعات شكل بدن با شاخص‌هاي سلامتي مثل قدرت و تركيب بدن هستند و از اين شاخص‌ها براي نظارت بر خطر ضعف بدن استفاده مي‌كنند. آن‌ها مي‌توانند با تحليل اين داده‌ها با استفاده از هوش مصنوعي، اطلاعات زيادي به‌دست آورند.
هدف مطالعه ASTRO3DO توسعه‌ي روش‌هاي سودمند به‌منظور كمك به آماده‌سازي فضانوردان براي سفرهاي فضايي طولاني‌مدت مثل سفر ناسا به مريخ است. اين تيم مشغول طراحي اسكنرهاي نوري سه‌بعدي است كه از هوش مصنوعي براي نظارت بر تركيب بدني فضانورد در فضا استفاده مي‌كند. هدف شناسايي عملكرد بهينه و امكان‌پذيري دوربين‌هاي نوري سه‌بعدي براي جمع‌آوري نماهاي مختلف بدن و مطالعه دقت تركيب كلي بدن ازطريق روش نور سه‌بعدي است.
دكتر شفرد مي‌خواهد آموخته‌هاي اين مطالعه را روي فضانوردان پياده‌سازي كند. تيم پژوهشي براي جمع‌آوري داده‌ها چند دوربين را داخل كپسول فضايي جاسازي مي‌كنند. فضانوردان در‌حالي‌كه در فضا شناور هستند، به دور خود مي‌چرخند و بدين‌ترتيب مي‌توان كل بدن را ثبت كرد. نظارت بر شكل بدن با اسكنرهاي سه‌بعدي، بازخورد ارزشمندي درباره‌ي تغييرات سلامت انسان فراهم مي‌كند و اسكنرهاي سه‌بعدي امن و كم‌هزينه و دردسترس هستند.
تصاوير نوري سه‌بعدي را هوش مصنوعي براي سنجش تركيب بدن ازجمله چربي و خميدگي و جرم استخوان اندازه‌گيري مي‌كند.
تيم پژوهشي ASTRO3DO روش‌هاي نوآورانه‌اي را توسعه مي‌دهد كه تهديدهاي سلامتي و عملكرد انسان را كاهش مي‌دهند و روش‌هاي بهينه‌اي براي نظارت به فضانوردان ارائه مي‌كنند و به آن‌ها در اندازه‌گيري و جرم استخوان‌ها و آماده‌سازي براي مأموريت‌هاي اكتشافي طولاني‌مدت كمك مي‌كنند. فضانورداني كه از مأموريت‌هاي فضايي طولاني‌مدت بازمي‌گردند، دچار اشكالاتي مثل ساركوپنيا (كم ماهيچگي) و سوءهاضمه و حتي پوكي استخوان مي‌شوند كه به شكستگي لگن يا ستون فقرات و قوز منجر مي‌شود.
اغلب فضانوردان به اختلال‌هاي استخوان و سوءهاضمه مبتلا هستند
پژوهش يادشده با استفاده از اسكن‌هاي نوري سه‌بعدي و تنظيم توزيع مايعات بر ريسك سستي عضلات نظارت مي‌كند. مدل‌هاي سه‌بعدي فعلي مي‌توانند تركيب بدن و ستون فقرات را دقيق تخمين بزنند؛ اما تجربه‌ي عادت به فضا را دربر نمي‌گيرند. تيم شفرد براي شبيه‌سازي فضا سخت‌افزار و الگوريتم‌ها و مدل‌هاي الحاقي ريزگرانش را مطالعه مي‌كند و نمونه‌ي اوليه‌ي فضايي براي آزمايش ريزگرانش در پروازهاي سهموي را مي‌سازند. هدف طولاني‌مدت اين پژوهش ايجاد دستگاه سازگار با فضا و روشي براي اندازه‌گيري سستي فضانورد و خطر شكستگي استخوان براثر سقوط است. فرضيه‌ي اصلي اين است كه مدل‌هاي فعلي 3DO از تركيب‌هاي بدن را مي‌توان با سخت‌افزارهاي فضايي و اشكالات خوگرفتن با محيط فضا تطبيق داد.
اهداف اين مطالعه عبارت‌اند از:
- اندازه‌گيري عملكرد بهينه و عملياتي‌سازي فضايي دوربين‌هاي نوري سه‌بعدي براي جمع‌آوري نماهاي بدن با تعريف وضوح، نرخ فريم‌بندي، دقت ثبت و جزئيات كنتراست با استفاده از مدل‌هاي اندام‌سنجي؛
- مطالعه و شناسايي دقت و درستي تركيب بدني 3DO (خميدگي، چاقي، درصد چاقي، سنجش تراكم استخوان (BMD))، مناطق مشخص (چربي شكمي و چربي زيرپوستي و BMD كمري) و اندام‌سنجي خودكار با استفاده از تغيير حالت، اسكن نماي محدود، تحليل با حذف حالت و مقايسه با روش‌هاي معيار (DXA و 3DO با وضوح زياد)؛
- شناسايي محدوديت‌هاي دقت تركيب بدن 3DO و اندام‌سنجي خودكار به‌دليل آثار عادت به فضا با استفاده از شرايط مشابه (حالت بدن، طرز قرارگرفتن بدن، جاذبه‌ي معكوس و چكمه‌هاي معكوس)، شناوري (زير آب) و ريزگرانش (حركات آكروباتيك).
- ساخت و توصيف عملكرد نمونه‌ي اوليه‌ي سازگار با فضا در شرايط ريزگرانش در پروازهاي سهموي.
پژوهش يادشده به توسعه‌ي روش‌هاي جديدي براي اندازه‌گيري تركيب بدني فضانوردان در فضا منجر مي‌شود كه درمعرض از‌دست‌دادن استخوان و ماهيچه قرار دارند. همچنين، متخصصدهاي مستقيمي در بيماران مبتلا به سرطان دارد كه به شرايط مشابهي به‌نام سوء‌هاضمه‌ي سرطان مبتلا هستند. اندازه‌گيري تركيب بدن نيز حوزه‌ي نسبتا جديدي در پژوهش‌هاي سرطان است كه متخصصدهاي مستقيمي مثل درك تأثير چاقي و شكل بدن بر توسعه‌ي نتايج سرطان دارد. نتايج مطالعه ASTRO3DO را مي‌توان به‌طور مستقيم بر پژوهش‌هاي سوء‌هاضمه‌ي سرطان اعمال كرد و از يافته‌ها براي درك بهتر و پيشگيري از ضعف عضلاني مرتبط با سرطان و بهبود كيفيت زندگي بيماران سرطان استفاده كرد. دكتر شفرد نيز در مركز سرطان دانشگاه هاوايي در حال مطالعه بيماران مبتلا به سوءهاضمه است.
دانشمندان سراسر جهان با استفاده از پيشرفته‌ترين روش‌ها ازجمله هوش مصنوعي مي‌كوشند براي حداقل‌سازي اتلاف ماهيچه در فضا، امكان نظارت بر سلامت و بهبود تغذيه و تنظيم يادگيري تناسب‌اندام را به فضانوردان بدهند؛ درنتيجه، روزي مي‌توان آسيب‌هاي بدن انسان ازجمله آسيب‌هاي سال‌خوردگي را برطرف كرد و عملكرد سيستم ايمني براي افراد مسن را بهبود داد. اين پژوهش به انسان‌ها در سفر ايمن به مريخ كمك مي‌كند و در‌عين‌حال، روش‌هايي متخصصدي براي افزايش طول عمر انسان‌هاي روي زمين ارائه مي‌دهد.
هم انديشي ها