Алгоритъм открива с 99,9% точност болестта на Паркинсон от електроенцефалограма

Учени от Петрозаводския държавен университет разработват алгоритъм на базата на изкуствен интелект, който открива с точност до 99,9% болестта на Паркинсон за стотни от секундата въз основа на резултатите от електроенцефалограма (ЕЕГ). В екипа участва и специалист от Колежа за наука и технологии в Кувейт.

Алгоритъмът не само диагностицира, но и наблюдава болестта.

Проучването

Екипът записва ЕЕГ на 40 души. От тях 20 са здрави, а другите 20 са диагностицирани с болестта на Паркинсон.

Алгоритъмът разработва данните на няколко етапа.

По време на първия етап той прекъсва електрическите сигнали, които съответстват на нискочестотен и на високочестотен шум, тъй като те не носят никаква информация за функционирането на мозъка.

Вторият етап на програмата извършва вече същинската работа. Останалите информативни честотни диапазони програмата използва за идентифициране на ЕЕГ признаци, което прави с помощта на математически методи. ЕЕГ признаците са тези, които отличават здравите от болните хора.

В резултат на това моделът за машинно обучение идентифицира 11 признака, въз основа на които е възможно болестта на Паркинсон да бъде открита, при това с точност до 99,9%.

Признаците са свързани с бавни делта и тета ритми на електрическата активност на мозъка, които обикновено са характерни за състоянията на покой или сън. При хората с Паркинсон тези ритми са много по-изразени и точно по тази причина могат да бъдат надежден маркер при поставянето на диагноза. В изчисленията е използвана размита ентропия (Fuzzy entropy), която показва много висока ефективност в сравнение с другите подходи.

Екипът показва експериментално, че ако се използват 11 ключови функции вместо всички данни от електроенцефалограмата, времето за работа на алгоритъма бива намалено 11 пъти , тоест до стотни от секундата.

За да бъде открита болестта на Паркинсон, но и да бъде проследено развитието й, се използват два системни компонента – измервателен и аналитичен.

Първият е представен от преносимо устройство, необходимо за електроенцефалограмата на мозъка. Става дума за подложка (капачка), която се поставя на главата и с помощта на набор от електроди събира информация за работата на мозъка.

>>>Устройство, използващо невронна мрежа, разпознава болестта на Паркинсон

От своя страна аналитичният компонент на системата може да бъде представен от изчислително устройство. И това може да бъде компютър, мобилен телефон, облачен сървър и други.

„Създадения от нас алгоритъм определя болестта на Паркинсон с минимални изчислителни разходи, а това означава, че ще работи дори на устройства, които са с ниска мощност“, казва ръководителят на проекта, преподавател в Катедрата по информатика и математика и научен директор на Центъра за изкуствен интелект на Петрозаводския държавен университет доц. Дмитрий Корзун.

Резултатите от проучването са публикувани в списанието Sensors.

Как човек може сам да извърши диагностиката

За да осъществи диагностиката, човекът просто трябва да постави капачката и след това да натисне бутона в програмата на телефона си. Поставянето на диагнозата продължава не повече от една минута. В това време човекът трябва да седи неподвижно и да бъде със затворени очи.

Веднага след това резултатите излизат на екрана на телефона.

Дигитализацията в помощ на превенцията

„На практика устройството се превръща в дигитален асистент и следи състоянието на хората с Паркинсон през деня. Подобни на нашето приложения ще доведат до ускоряването на дигитализацията в медицината. А благодарение на тях ще бъде проследявано здравето на хора, които по различни причини не могат да посещават медицинските центрове“, подчертава Корзун и допълва колко е важно хората да знаят, че единствено резултатите от програмата може и да не са достатъчни за поставянето на диагноза, затова трябва да се направи и консултация с лекар.

Д-р Олга Влаева, клиничен психолог от Московския институт по психоанализа коментира, че системата за наблюдение на психофизиологичното състояние на човек въз основа на резултатите от ЕЕГ, разработена от учените от Петрозаводск, може да се превърне в ефективен модел на разпознаване на болестта в много ранен етап.

Това има огромно значение, защото ранното откриване на болестта на Паркинсон е ключ към ефективната терапия, но и към възможността хората с тази диагноза за бъдат по-дълго активни и работоспособни.

>>>Ендогенните ретровируси могат да повлияят на развитието на невродегенеративни заболявания

„Предложеният от нас алгоритъм ще бъде един от множеството елементи на концепцията ни за „болничния костюм“. Той ще осигури цялостен неинвазивен мониторинг за здравословното състояние на хората в реално време“, казва още доц. Дмитрий Корзун.

Методът е важен и защото светът е изправен пред един сериозен проблем – застаряването на населението.

Прогнозите на СЗО показват, че до 2050 г. над 20% от жителите на света ще са на възраст над 60 години. Това означава, че рискът от невродегенеративни заболявания като болестите на Паркинсон, Алцхаймер, деменция и други ще се повиши значително.

Това е основната причина учените да работят за усъвършенстване на диагностичните методи, тъй като именно те ще направят възможно откриването и лечението на свързаните с възрастта нарушения на нервната система в ранните етапи на оформянето им. От своя страна рано поставената диагноза намалява необратимите увреждания на мозъка и дава шанс за по-дълъг и по-качествен живот.