یک کشف خارق‌العاده‌ که مانع مرگ زودهنگام می‌شود

روزیاتو: پیشرفت علم پزشکی در چند قرن گذشته سبب شد که میانگین عمر انسان و البته کیفیت زندگی به‌میزان قابل‌توجهی افزایش یابد. با وجود این، ما توانسته‌ایم تنها در درمان بیماری بسیار موفق ظاهر شویم. در واقع بسیار پیش می‌آید که فردی خیلی دیر متوجه ابتلا به یک بیماری خاص می‌شود و یا اینکه در اثر یک بیماری مرگبار ناگهان جان خود را از دست می‌دهد. در این حالت کار چندانی از دست پزشکان برنمی‌آید. هرچند ساخت دوقلوی مجازی می‌تواند همه‌چیز را عوض کند.

رندلز می‌تواند با ساخت دوقلوی مجازی تاریخ‌ساز شود

آماندا رندلز نام دانشمندی است که می‌خواهد با پژوهش‌های استثنایی خود آینده علم پزشکی را شکل دهد. پیشتر رندلز دنیایی را تصور کرده بود که در آن ساعت هوشمند یا دستگاهی مشابه آن به‌صورت مرتب داده‌ها را به دوقلوی مجازی شما انتقال می‌دهد. چنین چیزی به پزشکان اجازه خواهد داد تا وضعیت سلامتی فرد را با دقت بالایی بررسی کرده و درمان‌های شخصی‌تری را پیشنهاد دهند. چیزی که تاکنون سابقه نداشته است.

چنین رویکردی می‌تواند در بلند‌مدت به ساخت دوقلوی مجازی شما منجر شود. نسخه‌ای دیجیتال از فرد که وضعیت تغییرات بدن را با جزئیات بالا نشان می‌دهد. به‌همین‌ منظور آماندا رندلز، استاد زیست‌پزشکی دانشگاه دوک وقت خود را صرف ساخت نسخه‌های اولیه‌ای از تعدادی دوقلوی مجازی کرده است. در حال حاضر نسخه‌های شبیه‌سازی‌شده توسط وی بیشتر بر جریان خون و حرکت سلول‌ها در سرتاسر بدن متمرکز هستند.

همین نوآوری فوق‌العاده مهم نیز سبب شده که رندلز جایزه ۲۵۰ هزار دلاری موسسه ماشین‌های محاسباتی را دریافت کند. به‌باور سران این موسسه ساخت دوقلوی مجازی نه‌تنها سبب می‌شود که درک ما از بیماری‌ها عمیق‌تر شود، بلکه می‌تواند عصری جدید را در شبیه‌سازهای زیست‌پزشکی آغاز کند.

به‌گفته رندلز گجت‌های پوشیدنی توانسته‌اند پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای داشته باشند. آنها می‌توانند ضربات قلب را در طول فعالیت‌های روزمره اندازه‌گیری کنند و داده‌های مربوط به فشار خون یا میزان اکسیژن خون را ارائه دهند. هرچند اگر این دستگاه‌ها بتوانند تغییرات جریان خون را به‌صورت لحظه‌ای رصد کنند، تغییری شگرف پدید خواهد آمد. در این حالت پزشکان فقط به بیماری واکنش نشان نخواهند داد و می‌توانند بسیار موثر باشند.

به‌بیانی دیگر ساخت دوقلوی مجازی می‌تواند به پزشکان کمک کند که نشانه‌های مشکلات مرگباری همچون بیماری قلبی را خیلی زودتر تشخیص دهند. اینکار می‌تواند در درمان نهایی بسیار مفید باشد. توجه داشته باشید که بیماری قلبی اصلی‌ترین عامل مرگ انسان‌ها در کشورهای مختلف از جمله آمریکا محسوب می‌شود. از میان هر ۵ مرگ یک مورد به بیماری قلبی ارتباط دارد.

اگرچه ساخت دوقلوی مجازی می‌تواند انقلابی را در علم پزشکی ایجاد کند، اما موانعی در مسیر اینکار وجود دارند. قطعا افراد زیادی نگران حریم شخصی خود خواهند بود. حسگرهایی را تصور کنید که تمامی جزئیات مربوط به سلامتی شما را در طول روز ثبت می‌کنند. آیا ممکن نیست افراد یا شرکت‌هایی به‌فکر سوء استفاده از آنها بیفتند؟

مشکل دوم پیش‌روی ساخت دوقلوی مجازی به حجم بالای داده‌های دریافتی مربوط می‌شود. قلب شما در طول روز حدود ۱۰۰ هزار بار می‌تپد. اگر بخواهید به‌طور دائم وضعیت بدن را رصد کنید، باید مکانی برای ذخیره‌سازی حجم فوق‌العاده بالایی از داده داشته باشید. البته رندلز و تیم مربوطه در حال کار کردن روی ثبت جزئیات مهم هر لحظه و استفاده از آنها در تصویر کلی بدن هستند، اما به‌نظر نمی‌رسد که کار آسانی پیش‌رو داشته باشند.

تجهیزات مورد نیاز برای ساخت دوقلوی مجازی

با این حال رویکرد آنها امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد. به‌عنوان مثال تصور کنید شما در طول یک هفته هر روز صبح را چند ساعت صرف کار با کامپیوتر خود می‌کنید. در این حالت، شاید لازم نباشد مدل مربوطه اطلاعات هر لحظه را ثبت کند. رندلز بر این باور است که در ابتدا باید حجم زیادی داده ثبت شود؛ زیرا وضعیت شخص مشخص نیست. اما هنگامی که ساخت دوقلوی مجازی به‌پایان برسد و دانشمندان وضعیت عادی فرد را داشته باشند، دیگر شرایط فرق خواهد کرد.

در این صورت مدل می‌تواند فقط هنگامی اطلاعات را ذخیره کند که تغییری مهم در بدن رخ می‌دهد. مثلا وقتی که مشخص می‌شود یک حفره قلبی در حال تشکیل است. اما چه تجهیزاتی برای ساخت و کارکرد موفق دوقلوی مجازی مورد نیاز است؟

رندلز به آینده گجت‌های پوشیدنی فعلی امیدوار است. به‌گفته وی آنها می‌توانند داده‌های ارزشمندی را ثبت کنند و در آینده نیز پیشرفت خواهد کرد. هرچند برخی افراد همچون بیماران قلبی احتمالا به تجهیزات تخصصی پزشکی نیاز خواهند داشت. او همچنین امیدوار است که گجت‌های پوشیدنی مبتنی بر نقشه خون به‌زودی به‌بازار عرضه شوند. به‌گفته رندلز این اتفاق بین ۵ تا ۷ سال آینده رخ خواهد داد.

رندلز تاکید دارد که گام اول در ساخت دوقلوی مجازی بررسی وضعیت خون و سلول‌ها است. اما در گام بعدی باید مغز و دیگر ارگان‌های بدن نیز به‌صورت لحظه‌ای ارزیابی شوند. هرچند این تکنولوژی حداقل یک دهه با ما فاصله دارد. البته تا آن زمان نیز پزشکان می‌توانند استفاده‌های مفیدی از نوآوری رندلز داشته باشند.

نقشه سه‌بعدی اختصاصی از سیستم گردش خون

ایده جذاب رندلز در همین مراحل اولیه نیز می‌تواند خیلی برای پزشکان و بیماران موثر باشد. گاهی پیش می‌آید که فردی برای بهبود جریان خون در قلب خود به استنت نیاز داشته باشد. پزشکان برای تعیین زمان استفاده از این روش غیرتهاجمی یک سیم خاص را وارد عروق کرونری می‌کنند تا فشار را اندازه‌گیری کند. هرچند در صورت ساخت دوقلوی مجازی دیگر نیازی به استفاده از سیم راهنما نخواهد بود.

پزشکان حتی می‌توانند روش‌های درمانی مختلف را امتحان کنند تا ببیند کدام گزینه بهتر است. بدین‌ترتیب قرار نیست همه‌چیز در اتاق عمل آزمایش شود. هرچند چنین چیزی به قدرت پردازشی فوق‌العاده بالایی نیاز دارد. به‌همین‌خاطر آزمایشگاه رندلز می‌خواهد از یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی برای سرعت‌ بخشیدن به فرآیند‌ها استفاده کند.

مورد دیگر به سلول‌های سرطانی مربوط می‌شود. وقتی سلول‌های سرطانی از طریق جریان خون حرکت می‌کنند، ممکن است در بخش‌های مختلف بدن جمع شده و تومورهای جدید را ایجاد کنند. این مشکل با نام متاستاز شناخته می‌شود. رندلز امیدوار است با ساخت دوقلوی مجازی بتواند حرکت سلول‌های سرطانی را نیز بررسی کند. وی معیارهای مختلفی را در این مسیر بررسی کرده است. به‌عنوان مثال اینکه چگونه ابعاد هسته یک سلول می‌تواند روی حرکت آن تاثیرگذار باشد.

وقتی داده‌های کافی در رابطه با مشخصات و نحوه حرکت سلول‌های مختلف جمع‌آوری شوند، پزشکان قادر خواهند بود محل تشکیل تومورهای جدید را پیش‌بینی کرده و از آن جلوگیری کنند. در حال حاضر دانشمندان نمی‌دانند چه‌چیزی سبب می‌شود سلول‌های سرطانی به‌سمت مغز یا پستان حرکت کنند. هرچند ارزیابی دقیق و لحظه‌ای آنها می‌تواند داده‌های ارزشمندی را در اختیار ما قرار دهد.