مستقبل الأجهزة الطبية: الذكاء الاصطناعي يتجاوز الأجهزة القابلة للارتداء إلى داخل الجسم
لم تعد الحدود التالية للأجهزة الطبية التي تعمل بالذكاء الاصطناعي تقتصر على الأجهزة القابلة للارتداء أو أجهزة المراقبة بجانب السرير، بل تتجه نحو الاندماج الكامل داخل جسم الإنسان نفسه. يمثل نظام Nucleus Nexa System، الذي أطلقته شركة Cochlear مؤخرًا، نقلة نوعية في هذا المجال، فهو أول غرسة قوقعة صناعية قادرة على تشغيل خوارزميات التعلم الآلي مع إدارة قيود الطاقة الشديدة، وتخزين البيانات الشخصية على الجهاز، وتلقي تحديثات البرامج الثابتة عبر الهواء لتحسين نماذج الذكاء الاصطناعي الخاصة بها بمرور الوقت. هذا التطور يفتح آفاقًا جديدة في علاج فقدان السمع، ويمهد الطريق لمستقبل أكثر ذكاءً واندماجًا للتكنولوجيا الطبية.
ثورة في تصميم الغرسات: تحديات هندسية معقدة
بالنسبة لممارسي الذكاء الاصطناعي، يمثل هذا النظام تحديًا تقنيًا مذهلاً. يتطلب بناء نموذج شجرة القرار الذي يصنف خمس بيئات سمعية متميزة في الوقت الفعلي، وتحسينه للعمل على جهاز بميزانية طاقة ضئيلة يجب أن يستمر لعقود من الزمن، والقيام بكل ذلك مع التفاعل المباشر مع الأنسجة العصبية البشرية، دقة متناهية وابتكارًا مستمرًا.
تعتبر أشجار القرار خيارًا مثاليًا نظرًا لكفاءتها في استهلاك الطاقة، وهي أساس ذكاء النظام SCAN 2، وهو مصنف بيئي يحلل الصوت الوارد ويصنفه إلى فئات مثل الكلام، والكلام في الضوضاء، والضوضاء، والموسيقى، والهدوء. “يتم بعد ذلك إدخال هذه التصنيفات في شجرة القرار، وهي نوع من نماذج التعلم الآلي،” يوضح جان جانسن، المدير التنفيذي العالمي للتكنولوجيا في Cochlear. “يتم استخدام هذا القرار لضبط إعدادات معالجة الصوت لهذا الموقف، والتي تتكيف مع الإشارات الكهربائية المرسلة إلى الزرعة.”
إدارة الطاقة الذكية: مفتاح التشغيل المستمر
يعمل النموذج على معالج الصوت الخارجي، ولكن الإنجاز الحقيقي يكمن في مشاركة الغرسة نفسها في عملية الذكاء من خلال إدارة الطاقة الديناميكية. يتم توزيع البيانات والطاقة بين المعالج والزرعة عبر رابط RF محسّن، مما يسمح لمجموعة الشرائح بتحسين كفاءة الطاقة بناءً على التصنيفات البيئية التي يقدمها نموذج التعلم الآلي.
هذه ليست مجرد إدارة ذكية للطاقة، بل هي حل مبتكر لمشكلة رئيسية في الأجهزة الطبية القابلة للزرع: كيف تحافظ على تشغيل الجهاز لأكثر من 40 عامًا دون الحاجة إلى استبدال البطارية؟ هذا يمثل قفزة نوعية في تصميم الأجهزة الطبية، ويفتح الباب أمام تطوير أجهزة أكثر استدامة وموثوقية.
طبقة الذكاء المكاني: تحسين تجربة السمع
بالإضافة إلى التصنيف البيئي، يستخدم النظام ForwardFocus، وهي خوارزمية للضوضاء المكانية تعتمد على مدخلات من ميكروفونين متعددي الاتجاهات لإنشاء أنماط مكانية للهدف والضوضاء. تفترض الخوارزمية أن إشارات الصوت المرغوبة تأتي من الأمام، بينما تأتي الضوضاء من الجانبين أو الخلف، ثم تطبق التصفية المكانية لتقليل تداخل الضوضاء الخلفية.
ما يجعل هذا الأمر مميزًا من منظور الذكاء الاصطناعي هو مستوى الأتمتة. يمكن لـ ForwardFocus أن يعمل بشكل مستقل، مما يقلل العبء المعرفي على المستخدمين في البيئات السمعية المعقدة. يتم تفعيل التصفية المكانية تلقائيًا بناءً على التحليل البيئي، دون الحاجة إلى أي تدخل من المستخدم.
إمكانية الترقية: مستقبل الأجهزة الطبية المتطور
أحد أهم التطورات التي يقدمها نظام Nucleus Nexa هو إمكانية ترقية البرامج الثابتة في الغرسة نفسها. تاريخيًا، كانت قدرات الغرسات القوقعية محدودة بمجرد زراعتها جراحيًا. أي خوارزميات جديدة لمعالجة الإشارات، أو نماذج تعلم آلي محسنة، أو تقنيات لتقليل الضوضاء لم تكن قابلة للتطبيق على المرضى الذين خضعوا للزراعة بالفعل.
تغير غرسة Nucleus Nexa هذا الواقع. باستخدام رابط التردد اللاسلكي قصير المدى الخاص بشركة Cochlear، يمكن لأخصائيي السمع تقديم تحديثات البرامج الثابتة من خلال المعالج الخارجي إلى الزرعة. يعتمد الأمان على القيود المادية، مثل الحاجة إلى القرب أثناء التحديثات، بالإضافة إلى إجراءات الحماية على مستوى البروتوكول.
يوضح يانسن: “من خلال الغرسات الذكية، نحتفظ بنسخة من خريطة السمع الشخصية للمستخدم على الغرسة نفسها. إذا فقد المستخدم المعالج الخارجي، يمكننا إرسال معالج جديد يقوم باستعادة الخريطة من الغرسة.” تخزين خرائط السمع الفريدة داخل الغرسة يحل تحديًا حاسمًا في مجال نشر الذكاء الاصطناعي: كيف يمكن الحفاظ على معلمات النموذج المخصصة في حالة فشل أو استبدال مكونات الأجهزة؟
من أشجار القرار إلى الشبكات العصبية العميقة: التطور المستمر
في الوقت الحالي، يستخدم نظام Cochlear نماذج شجرة القرار للتصنيف البيئي، وهو خيار عملي نظرًا لقيود الطاقة ومتطلبات قابلية التفسير في الأجهزة الطبية. ومع ذلك، يوضح يانسن أن الشركة تتطلع إلى المستقبل: “قد يوفر الذكاء الاصطناعي من خلال الشبكات العصبية العميقة – وهو شكل أكثر تعقيدًا من التعلم الآلي – المزيد من التحسينات في السمع في البيئات الصاخبة.”
تستكشف Cochlear أيضًا تطبيقات أخرى للذكاء الاصطناعي تتجاوز معالجة الإشارات، مثل أتمتة الفحوصات الروتينية وتقليل تكاليف الرعاية الصحية على المدى الطويل.
قيود الذكاء الاصطناعي على الحافة: تحديات يجب التغلب عليها
إن نشر الذكاء الاصطناعي في الأجهزة الطبية القابلة للزرع يواجه مجموعة فريدة من القيود:
- الطاقة: يجب أن يعمل الجهاز لعقود من الزمن بأقل قدر من الطاقة.
- زمن الاستجابة: يجب معالجة الصوت في الوقت الفعلي دون أي تأخير ملحوظ.
- الأمان: يجب أن يكون الجهاز آمنًا وموثوقًا به، حيث يؤثر فشله بشكل مباشر على صحة المريض.
- إمكانية الترقية: يجب أن تدعم الغرسة تحسينات النموذج على مدار عقود دون الحاجة إلى استبدالها.
- الخصوصية: يجب حماية البيانات الصحية للمريض وضمان عدم استخدامها إلا لأغراض طبية.
تتطلب هذه القيود اتخاذ قرارات معمارية دقيقة لا توجد في تطبيقات الذكاء الاصطناعي التقليدية.
ما وراء البلوتوث: نحو غرسات متصلة بالكامل
تخطط Cochlear لتنفيذ إمكانات البث الصوتي عبر Bluetooth LE Audio و Auracast، مما يتطلب تحديثات برامج ثابتة مستقبلية. توفر هذه البروتوكولات جودة صوت أفضل واستهلاكًا أقل للطاقة، والأهم من ذلك، أنها تدمج الغرسة في شبكات الاستماع المساعدة الأوسع.
تتضمن الرؤية طويلة المدى تطوير أجهزة قابلة للزرع بالكامل مع ميكروفونات وبطاريات مدمجة، مما يلغي الحاجة إلى المكونات الخارجية. في هذه المرحلة، سنشهد أنظمة ذكاء اصطناعي مستقلة بالكامل تعمل داخل جسم الإنسان، وتتكيف مع البيئات، وتحسن استهلاك الطاقة، وتتواصل بشكل مستمر، كل ذلك دون أي تدخل من المستخدم.
مخطط الذكاء الاصطناعي للأجهزة الطبية: دروس مستفادة
يوفر نشر Cochlear مخططًا واضحًا للأجهزة الطبية التي تعمل بالذكاء الاصطناعي والتي تواجه قيودًا مماثلة: ابدأ بنماذج قابلة للتفسير مثل أشجار القرار، وركز على تحسين كفاءة الطاقة، وقم ببناء إمكانية الترقية من البداية، وقم بتصميم الأجهزة مع الأخذ في الاعتبار دورة حياة طويلة الأمد.
كما يؤكد يانسن، فإن إطلاق الغرسة الذكية اليوم “هو الخطوة الأولى نحو غرسة أكثر ذكاءً.” وتعتمد وتيرة هذا الابتكار على قدرة الشركات المصنعة الأخرى على التغلب على تحديات القيود وتقديم أنظمة ذكية مماثلة إلى السوق.
بالنسبة لـ 546 مليون شخص يعانون من فقدان السمع في منطقة غرب المحيط الهادئ وحدها، فإن هذا التطور يمثل بصيص أمل في مستقبل أكثر وضوحًا وصحة. إن الذكاء الاصطناعي في مجال الأجهزة الطبية لم يعد مجرد نموذج أولي، بل أصبح حقيقة واقعة، وسوف يحدد مدى سرعة تبني هذا الابتكار معيار الرعاية الصحية.
(تصوير كوشلير)
أنظر أيضًا:
- نشر منظمة الغذاء والدواء للذكاء الاصطناعي: الابتكار مقابل الرقابة في تنظيم الأدوية
هل ترغب في معرفة المزيد عن الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة من قادة الصناعة؟ اطلع على معرض الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة الذي يقام في أمستردام وكاليفورنيا ولندن. يعد هذا الحدث الشامل جزءًا من TechEx ويقام في مكان مشترك مع أحداث تقنية رائدة أخرى، انقر هنا لمزيد من المعلومات.
يتم تشغيل AI News بواسطة TechForge Media. استكشف الأحداث والندوات عبر الإنترنت القادمة الأخرى المتعلقة بتكنولوجيا المؤسسات هنا.