مدل هوش مصنوعی الگوهای بلوغ کودکان را از طریق داده های معمول ECG ردیابی می کند

یک مطالعه جدید از دانشکده پزشکی دانشگاه ویک فارست نشان می دهد که یک آزمایش معمول قلب – الکتروکاردیوگرام (ECG) – ممکن است روش جدیدی را برای اندازه گیری رشد بیولوژیکی در کودکان و نوجوانان به محققان ارائه دهد.

این یافته ها در یک مطالعه در مجله قلب اروپا – سلامت دیجیتال منتشر شده است.

محققان اطفال اغلب فاقد معیارهای قابل اعتماد مرحله بلوغ یا سطوح هورمونی در مجموعه داده‌های بزرگ هستند، و آنها را مجبور می‌کند به دسته‌های گسترده مبتنی بر جنسیت تکیه کنند که ممکن است به طور کامل ماهیت تدریجی رشد بیولوژیکی را درک نکنند. برای پرداختن به این موضوع، محققان شاخص جنسی الکتروکاردیوگرافی (ESI) را توسعه دادند، یک امتیاز مبتنی بر هوش مصنوعی برگرفته از ECGهای استاندارد که توسعه بیولوژیکی را در یک طیف به جای دسته بندی ثابت منعکس می کند.

در مطالعه ای که بر روی بیش از 60000 EKG کودکان انجام شد، محققان دریافتند که با بزرگتر شدن کودکان، امتیاز به روشی قابل پیش بینی تغییر می کند. در اوایل کودکی، ارزش های کودکان بسیار مشابه بود. اما با رسیدن به سنین کودکی و نوجوانی، ارزش ها به گونه ای از هم جدا می شوند که نشان دهنده رشد طبیعی و تغییرات هورمونی است.

این یافته‌ها نشان می‌دهند که ESI به جای دسته‌بندی ساده، تغییرات تدریجی رشد طبیعی را نشان می‌دهد. این رویکرد می‌تواند به محققان روش دقیق‌تری برای توضیح مرحله رشد، به ویژه زمانی که داده‌های هورمونی یا بلوغ در دسترس نیست، ارائه دهد.

یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های این کار این است که نشان می‌دهد داده‌های معمول ECG می‌تواند حاوی اطلاعات معنی‌داری درباره بلوغ بیولوژیکی در کودکان و نوجوانان باشد. ESI معیاری مستمر ارائه می‌کند که می‌تواند به محققان کمک کند تا مرحله رشد را در زمانی که مرحله‌بندی Tanner، یک سیستم پزشکی استاندارد که برای توصیف مراحل پنج‌گانه بلوغ استفاده می‌شود، یا داده‌های هورمونی در دسترس نیست، توضیح دهند.

تولگا هایت، دکترا، محقق مدعو و نویسنده همکار این مطالعه

ابراهیم کاربایر، MD، استادیار قلب و عروق و در مرکز تحقیقات هوش مصنوعی Wake Forest و سایر پژوهشگران، گفت: «ECG که به طور سنتی برای ثبت زیست‌شناسی رشد استفاده نمی‌شد، اکنون می‌تواند، وقتی با رویکردهای پیشرفته هوش مصنوعی ترکیب شود، پتانسیل خود را برای آشکار کردن الگوهای بلوغ و رشد قلبی عروقی در مقیاس نشان دهد.

یافته های کلیدی

• در دوران نوزادی، مقادیر ESI کاملاً متمرکز بود و تفاوت کمی را بین کودکان گروه‌بندی شده بر اساس جنسیت بیولوژیکی نشان می‌داد.

• از اواخر دوران کودکی شروع می شود و در دوران نوجوانی بارزتر می شود، مقادیر ESI در جهت های مخالف متفاوت است و در اواسط تا اواخر نوجوانی به یک فلات می رسد.

• روندهای مرتبط با سن به طور مشابه در بین همه نژادها مشاهده شد.

• با افزایش سن کودکان، دقت مدل به طور پیوسته بهبود می‌یابد و کودکان به عملکرد بزرگسالان در نوجوانان بزرگ‌تر نزدیک می‌شوند.

برای انجام این مطالعه، محققان مدل ESI آموزش دیده توسط بزرگسالان را روی 61930 EKG از کودکان 0-18 ساله که از آرشیو EKG بالینی در مرکز علوم بهداشتی دانشگاه تنسی بازیابی شده بودند، اعمال کردند. این مدل بدون آموزش مجدد یا کالیبراسیون مجدد اجرا شد و به محققان این امکان را داد که مستقیماً نحوه تکامل ویژگی‌های ECG را نسبت به معیارهای بزرگسالان مشاهده کنند.

چرا مهم است

بسیاری از مطالعات مربوط به کودکان، رابطه جنسی را مقوله‌ای ساده می‌دانند که همیشه چگونگی رشد بدن آنها در طول زمان را به طور کامل نشان نمی‌دهد.

نویسندگان مطالعه گفتند که ESI ممکن است راه بهتری برای توضیح این تغییرات تدریجی و گام به گام با رشد کودکان ارائه دهد.

برای محققانی که روی مطالعات بزرگ کار می کنند، ESI می تواند زمانی مفید باشد که اطلاعات مربوط به بلوغ یا سطح هورمون در دسترس نباشد.

مراحل بعدی

محققان بر نیاز به مطالعات طولی شامل مرحله بندی Tanner، یک مقیاس بالینی استاندارد پنج نقطه ای که برای دسترسی به اندازه گیری های هورمون رشد فیزیکی در دوران بلوغ استفاده می شود، و نتایج برای ارزیابی بیشتر اهمیت بالینی و بیولوژیکی ESI در جمعیت های کودکان، تاکید می کنند.

اگرچه این مطالعه نتایج بالینی را در کودکان ارزیابی نکرد، اما زمینه را برای مطالعات آینده فراهم می‌کند که بررسی می‌کنند چگونه بلوغ رشدی بر خطر قلبی عروقی، پاسخ درمانی یا پیامدهای طولانی‌مدت تأثیر می‌گذارد – با استفاده از EKG که قبلاً در مراقبت‌های معمول جمع‌آوری شده است.

مطالعات آینده باید ESI را به صورت طولی ارزیابی کنند و شامل مرحله بندی Tanner، اندازه گیری هورمون، و نتایج بالینی برای درک بهتر اهمیت بیولوژیکی و بالینی آن در جمعیت های کودکان باشد.