به نقل از «ایران آنلاین»

پیش بینی زنده ماندن بیماران کرونایی با هوش مصنوعی

تاریخ انتشار: ۲۳ خرداد ۱۴۰۰ | کد خبر: ۳۲۲۱۶۰۴۳

پژوهشگران آمریکایی سعی دارند با کمک یک الگوریتم مبتنی بر هوش مصنوعی، الگوهای مشترک میان افراد مبتلا به بیماری‌های ویروسی را مورد بررسی قرار دهند و امکان زنده ماندن بیماران مبتلا به کووید-۱۹ را پیش‌بینی کند.

 گروهی از پژوهشگران دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیه‌گو، از یک الگوریتم هوش مصنوعی استفاده کرده‌اند تا فعال و غیرفعال بودن ژن‌ها را طی عفونت مورد بررسی قرار دهند و به جستجوی الگوهای مشترک میان بیمارانی بپردازند که به ویروس‌های همه‌گیر گذشته از جمله "سارس"(SARS)، "مرس"(MERS) و آنفلوانزای خوکی مبتلا شده بودند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

در این پژوهش، دو نشانه گویا به دست آمد. یکی از آنها، مجموعه‌ای از ۱۶۶ ژن است که نحوه واکنش سیستم ایمنی انسان را نسبت به عفونت‌های ویروسی نشان می‌دهد. دومین مورد، مجموعه‌ای از ۲۰ ژن است که شدت بیماری مانند نیاز به بستری شدن یا به کار بردن ونتیلاتور را پیش‌بینی می‌کنند. اعتبار این الگوریتم با استفاده از بافت‌های ریه جمع‌آوری شده طی کالبدشکافی بیماران مبتلا به کووید-۱۹ و نمونه‌های حیوانی تایید شد.

"پرادیپتا گوش"(Pradipta Ghosh)، استاد پزشکی مولکولی و سلولی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیه‌گو و سرپرست این پروژه گفت: نشانه‌های مرتبط با همه‌گیری ویروس به ما می‌گویند که سیستم ایمنی بیمار چگونه نسبت به عفونت ویروسی واکنش نشان می‌دهد و چقدر می‌تواند شدید باشد. این نشانه‌ها، نقشه‌ای در مورد همه‌گیری کنونی و همه‌گیری‌های آینده به ما ارائه می‌دهند.

سیستم ایمنی بدن طی عفونت ویروسی، پروتئین‌های کوچکی موسوم به "سیتوکین"(Cytokine) را در خون منتشر می‌کند. این پروتئین‌ها، سلول‌های ایمنی را به محل عفونت می‌فرستند تا آن را برطرف کنند. بدن گاهی اوقات بیش از اندازه سیتوکین‌ منتشر می‌کند و یک سیستم ایمنی فراری را به وجود می‌آورد که بافت سالم خود را مورد حمله قرار می‌دهد. پژوهشگران باور دارند که این پدیده موسوم به "طوفان سیتوکین" می‌تواند دلیل تسلیم شدن بیماران مبتلا به ویروس از جمله آنفلوانزا در برابر عفونت باشد؛ در حالی که بقیه بیماران این گونه نیستند.

در هر حال، ماهیت، میزان و منبع طوفان‌های کشنده سیتوکین و اینکه چه کسی ممکن است بیشتر در معرض خطر باشد و چگونه ممکن است به بهترین صورت درمان شود، مشخص نیست.

"دباشیس ساهو"(Debashis Sahoo)، از پژوهشگران این پروژه گفت: هنگامی که همه‌گیری کووید-۱۹ آغاز شد، من تصمیم گرفتم تا از دانش خود در مورد رایانه برای یافتن یک ویژگی مشترک میان همه بیماری‌های همه‌گیر ویروسی استفاده کنم. شاید کروناویروس برای ما جدید باشد اما راه‌های زیادی وجود دارد که بدن ما بتواند نسبت به عفونت واکنش نشان دهد.

داده‌های مورد استفاده برای آزمایش و آموزش الگوریتم، از منابعی در مورد بیان ژن بیمار به دست آمدند که در دسترس عموم قرار دارند. هر زمانی که مجموعه جدیدی از داده‌های مربوط به بیماران کووید-۱۹ در دسترس قرار می‌گرفت، پژوهشگران آن را در مدل خود آزمایش می‌کردند و هر بار، الگوهای مشابه بیان ژن را می‌یافتند.

ساهو ادامه داد: به عبارت دیگر، این همان چیزی است که ما پژوهش آینده‌نگر می‌نامیم و شرکت‌کنندگان با ابتلا به بیماری در آن ثبت‌نام می‌شوند. ما دریافتیم که با استفاده از امضاهای ژنتیکی می‌توانیم به قلمرو یک بیماری کاملا جدید وارد شویم.

این پژوهش با بررسی منبع و عملکرد ژن‌های مورد نظر در نخستین مجموعه، منبع طوفان‌های سیتوکین را نشان داد. براساس این پژوهش، منبع طوفان‌های سیتوکین، سلول‌های مجاری هوایی ریه، درشت‌خوارها و سلول‌های تی هستند. به علاوه، این نتایج توانستند پیامدهای طوفان سیتوکین را نشان دهند که آسیب رسیدن به سلول‌های مجاری هوایی ریه و "سلول‌های کشنده طبیعی"(NK cells) را شامل می‌شوند. سلول‌های کشنده طبیعی، نوع ویژه‌ای از سلول ایمنی هستند که سلول‌های مبتلا به ویروس را از بین می‌برند.

"سومیتا داس"(Soumita Das)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما توانستیم ببینیم و به جهان نشان دهیم که سلول‌های مجاری هوایی ریه که معمولا امکان تبادل گاز و اکسیژن‌رسانی خون را فراهم می‌کنند، یکی از منابع اصلی طوفان سیتوکین هستند و مانند چشم طوفان سیتوکین عمل می‌کنند. گروه ما در حال مدل‌سازی ریه انسان در شرایط ابتلا به کووید-۱۹ است تا اثرات حاد این بیماری را بر ریه‌ها مورد بررسی قرار دهد.

پژوهشگران باور دارند که این اطلاعات ممکن است با فراهم کردن اهداف سلولی و بهبود بررسی، آنها را در ارائه روش‌های درمان طوفان سیتوکین یاری دهد.

این پژوهش، در مجله "EBioMedicine" به چاپ رسید./ایسنا

آخرین اخبار مربوط به کرونا در ایران و جهان را اینجا بخوانید

منبع: ایران آنلاین

کلیدواژه: طوفان سیتوکین سیستم ایمنی همه گیری کووید ۱۹

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت ion.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایران آنلاین» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۲۲۱۶۰۴۳ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

زرد، آبی، بی‌خوابی/ چگونه تلفن هوشمند چرخه زیستی را مختل می‌کند؟

ورود گوشی‌های هوشمند به زندگی انسان و سروکار داشتن با آن در تمام روز برای امور گوناگون گریزناپذیر شده است و در عین حال برای عده زیادی به عادتی تبدیل شده که حتی تلفن همراه خود را به تختخواب می‌برند. مدت‌هاست که می‌دانیم انعکاس نور آبی از صفحه نمایش گوشی تلفن همراه تأثیراتی منفی در خواب انسان دارد و آن را مختل می‌کند، اما یک مطالعه علمی جدید به تأثیرات نور زرد بر ریتم شبانه‌روزی و خواب پرداخته است که در گزارش پیش رو با نتایج آن آشنا می‌شوید.

روند اثرگذاری نور آبی بر سلول‌های بینایی

نور خورشید نقش مهمی در زندگی ما دارد و انسان برای چندین فرآیند مهم از جمله تنظیم ریتم شبانه‌روزی و خواب، سنتز ویتامین دی و به طور کلی برای تندرستی به نور خورشید متکی است. ریتم شبانه‌روزی یک فرآیند داخلی تطبیقی است که بر اساس محیط و محرک‌های خارجی به تنظیم چرخه خواب و بیداری کمک می‌کند. ریتم شبانه‌روزی بدن انسان بر اساس ساعت زیستی یا ساعت شبانه‌روزی هر ۲۴ ساعت تکرار می‌شود.

ریتم شبانه‌روزی نوسانات روزانه بین بیداری و خواب را هماهنگ می‌کند و این به بهینه‌سازی هوشیاری و عملکرد شناختی در طول روز کمک می‌کند و باعث خواب آرام در شب می‌شود. نور‌ها چه طبیعی باشند و چه از دستگاه‌های الکترونیکی منعکس شوند بر وضعیت خواب و بیداری اثرگذارند. نور آبی که از بیشتر وسایل الکترونیکی ساطع می‌شود، با تأثیر بر تولید یا سرکوب ملاتونین، بر ریتم شبانه‌روزی بدن انسان تأثیر می‌گذارد. این فرآیند از طریق سلول‌هایی به نام گانگلیون (سلول‌های گره عصبی) در شبکیه اتفاق می‌افتد.

سلول‌های استوانه‌ای و مخروطی چشم و چینش سلول‌های شبکیه در برش عرضی

متهم جدید اختلال خواب: نور زرد

در سال ۲۰۱۹ مطالعه‌ای که روی موش‌ها انجام شد نشان داد که نور زرد نسبت به نور آبی تأثیر قوی‌تری بر ریتم شبانه‌روزی موش‌ها دارد و این در حالی است که «حالت شب» در دستگاه‌های الکترونیکی در طیف رنگ زرد است و بر اساس این مطالعه می‌تواند وضعیت خواب انسان را تحت تأثیر قرار دهد. اما آیا این موضوع در مورد انسان‌ها هم صدق می‌کند؟ گروهی از دانشمندان سوئیسی و آلمانی این موضوع را در انسان بررسی کردند و نتایج آن در مجله نیچر هیومن بیهیویر (Nature Human Behaviour) به چاپ رساندند. اما قبل از اینکه به جزئیات این مطالعه بپردازیم، بهتر است با مسیر‌های دقیق چگونگی تأثیر نور بر ریتم شبانه‌روزی و تولید ملاتونین آشنا شویم.

چشم چگونه نور را درک می‌کند؟

چشم پنجره‌ای است برای درک اینکه چگونه انواع مختلف نور (آبی، زرد و غیره) بر ریتم شبانه‌روزی تأثیر می‌گذارد. شبکیه (صفحه نمایش چشم) حاوی سلول‌هایی به دو شکل میله‌ای و مخروطی است. سلول‌های مخروطی مسئول دیدن رنگ هستند و سلول‌های میله‌ای به سطوح نور حساس‌تر هستند و نقش مهمی هنگام دید در شب دارند. سلول‌های مخروطی در انواع مختلف طول موج‌های نور را دریافت می‌کنند و سلول‌های مخروطی اس (s) مسئول دریافت نور با طول موج کوتاه هستند. در ریتم شبانه‌روزی، مهم‌ترین سلول‌های گانگلیون در شبکیه، سلول‌های حساس به نور هستند. سلول‌های گانگلیون اطلاعات بصری را دریافت کرده و به مغز می‌فرستند. این سلول‌ها دارای فتوپیگمان ملانوپسین هستند که یک پروتئین حساس به نور و بسیار مهم است. ملانوپسین به نور آبی حساس است و با تشکیل یک مجرا بین شبکیه و هیپوتالاموس نقشی محوری در چرخه زیستی بدن در شبانه‌روز ایفا می‌کند. این مجرا مستقیماً به هسته سوپراکیاسماتیک در هیپوتالاموس می‌رود، یعنی جایی که ساعت اصلی ریتم شبانه‌روزی را تنظیم می‌کند. با دریافت این سیگنال، غده صنوبری فعالیتش را برای تولید ملاتونین آغاز می‌کند.

ملاتونین هورمون مهمی است که بر ریتم شبانه‌روزی تأثیر می‌گذارد و قرار گرفتن در معرض نور آبی تولید ملاتونین را سرکوب می‌کند و شما را بیدار نگه می‌دارد. نقش مرکزی سلول‌های گانگلبون مدت‌هاست ثابت شده، اما بنا بر دلایلی دیگر، رنگ نور که توسط سلول‌های مخروطی رمزگذاری می‌شود می‌تواند با ساعت داخلی بدن مرتبط باشد.

تولید ملاتونین در چرخه ۲۴ ساعته

کانال‌های نوری و تقابل آنها

درک ما از رنگ وابسته به سلول‌های مخروطی است. با این حال، توانایی تشخیص رنگ‌ها متکی به فرآیندی به نام «فرآیند تقابل» است. این فرآیند از طریق سه کانال مقابل هم عمل می‌کند: قرمز در مقابل سبز، آبی در مقابل زرد و سیاه در مقابل سفید (کانال روشنایی). فعال‌سازی هر کانال به ما این امکان را می‌دهد که رنگ‌ها را در آن کانال درک و تفکیک کنیم.

با یک مثال می‌توانیم نحوه عملکرد این کانال‌ها را درک کنیم. هنگامی که چشم در معرض نور قرمز قرار می‌گیرد، کانال مقابل قرمز یعنی سبز فعال می‌شود. این فعال‌سازی منجر به افزایش پاسخ عصبی به محرک‌های قرمز و سرکوب پاسخ به رنگ سبز می‌شود. کانال‌های رنگی مقابل با ورودی سلول‌های مخروطی فعال می‌شوند. با این حال، هنوز گواهی بر این وجود ندارد که ثابت کند سلول‌های مخروطیِ حساس به رنگ در کنار سلول‌های گانگلیون آزادکننده ملانوپسین بر ریتم شبانه‌روزی انسان اثرگذار هستند.

تأثیر طیف نور زرد بر انسان

مطالعه سال ۲۰۱۹ که در مقدمه به آن پرداختیم، نشان داد که به‌کارگیری محرک نور زرد در امتداد کانال زرد مقابل آبی در موش‌ها باعث ایجاد تغییر فاز شبانه‌روزی قوی‌تری در مقایسه با نور آبی می‌شود. این نتیجه با آنچه ما در مورد تأثیر نور آبی بر ریتم شبانه‌روزی انسان می‌دانستیم در تضاد است و محققان را بر آن داشت تا تأثیرات آن را در انسان مطالعه کنند. پروفسور مانوئل اسپیتشان (Manuel Spitschan)، استاد دانشگاه مونیخ، می‌گوید: «بر خلاف آنچه در رسانه‌ها تبلیغ می‌شود، «حالت شب» در بسیاری از دستگاه‌ها می‌تواند خواب انسان را مختل کند، زیرا در طیف رنگ زرد است.»

آزمایش محرک‌های نور در اختلال خواب

محققان برای آزمایش تأثیر محرک‌های کانال زرد-آبی بر روی خواب، ۱۶ شرکت‌کننده (هشت مرد و هشت زن) و سه محرک را انتخاب کردند: نور ثابت، نور چشمک‌زن آبی کم‌رنگ و نور چشمک‌زن زرد روشن. برای تمرکز روی اثرات مخروط‌ها، محققان از نور پس‌زمینۀ مشابه نور روز استفاده کردند تا فعال‌سازی ملانوپسین را ثابت نگه دارند. شرکت‌کنندگان به مدت یک ساعت و ۳۰ دقیقه پس از زمان خواب معمول خود تحت محرک‌های مختلف قرار گرفتند. سپس، محققان تغییر فاز شبانه‌روزی را از طریق میزان ملاتونین در بزاق شرکت‌کنندگان اندازه‌گیری کردند.

نتایج نشان داد که قوی‌ترین تأثیر بر هورمون‌های خواب ناشی از نور ثابت یا پس‌زمینه بود که آغاز تولید هورمون خواب را ۵۲ دقیقه به تأخیر انداخت. میزان این تأخیر در اثر نور آبی کم‌رنگ و نور زرد روشن به ترتیب ۴۲ و ۳۴ دقیقه بود. پژوهشگران غلظت ملاتونین و خواب‌آلودگی ذهنی و عینی را در هر سه شرایط آزمایشی مورد مطالعه قرار دادند و هیچ گونه شواهد قطعی مبنی بر اثر تأخیر فاز بر ریتم شبانه‌روزی انسان در بین سه شرایط آزمایش پیدا نکردند.

کریستین بلوم (Christine Blume) استاد دانشگاه بازل سوییس و یکی از محققان این آزمایش اظهار داشت: ما هیچ مدرکی پیدا نکردیم که نشان دهد تغییر رنگ روشن در امتداد طیف آبی-زرد که توسط سلول‌های مخروطی رمزگذاری می‌شود، نقش مرتبطی در ساعت یا خواب درونی انسان بازی می‌کند. در عوض، نتایج ما تأیید کرد که سلول‌های گانگلیونِ حساس به نور برای ساعت داخلی انسان مهم‌ترین نقش را دارند.

حفظ ساعت شبانه‌روزی

یافته‌های این مطالعه با دانش اولیه ما در مورد تأثیرات نور آبی بر خواب و ساعت داخلی بدن، به ویژه توصیه بر کاهش قرار گرفتن در معرض نور با طول موج کوتاه (حدود ۴۹۰ نانومتر)، مطابقت داشت. این مطالعه همچنین نشان داد که سلول‌های مخروطی و رنگ خالص نور نقش مهمی در ساعت زیستی دارند. این امر به‌ویژه هنگام برنامه‌ریزی و طراحی دستگاه‌های روشنایی مهم است.

این پژوهش یک پیام ساده و روشن دارد: ساده‌ترین کار برای حفظ ساعت درونی بدن و داشتن خواب خوب، حفظ ریتم ساعت شبانه‌روزی است.

منبع: آنا

باشگاه خبرنگاران جوان وب‌گردی وبگردی