חוקרים פיתחו מודל המבוסס על בינה מלאכותית, שיכול לאבחן חולים בשלב מוקדם של המחלה ולעקוב אחר החמרתה על סמך מדידת אותות נשימה בשינה
מחלת פרקינסון היא מחלה ניוונית של מערכת העצבים, שמאובחנת בדרך כלל רק אחרי שתסמיניה כבר מתחילים לפגוע באיכות חייהם של החולים בה. שיטה חדשה, לא פולשנית, זולה ופשוטה, עשויה לאפשר לרופאים לאבחן את המחלה כבר בשלביה המוקדמים ואף לעקוב אחר החמרתה – ולעשות את כל זה בזמן שהחולה ישן.
המחלה מתפתחת בהדרגה ופוגעת בתנועות הגוף. אנשים עם מחלת פרקינסון סובלים ממגוון רב של הפרעות תנועה, כגון רעד בלתי נשלט בגפיים, קישיון שרירים, האטה בתנועות הגוף, קשיים ביציבה ובהליכה ושינויים בדיבור. אליהם עלולים להצטרף סיבוכים נוספים, כמו הפרעות בשינה, קשיי זיכרון, כאבים, שינויים במצב הרוח, דיכאון וחרדה.
המחלה מתרחשת כשמסיבה שאינה ידועה עדיין, תאים במוח שאחראים על ייצור המוליך העצבי דופמין, מתים או מתנוונים. כמו כל המוליכים העצביים, הדופמין משמש להעברת מסרים בין תאי המוח. תפקידיו כוללים שליטה על תנועות הגפיים, ויסות מחזור השינה, שמירה על ריכוז וקשב, ניהול תחושות הרעב והשובע, והוא משפיע גם על תחושות של הנאה, אושר, סיפוק ומוטיבציה.
מחלת פרקינסון היא הפרעה עצבית נפוצה מאוד, ושכיחותה נופלת רק מזאת של מחלת אלצהיימר, שפוגעת בזיכרון ובכישורי החשיבה. החדשות הרעות באמת הן ששכיחות המחלה עולה באופן עקבי, ומספר החולים בה הוכפל ב-25 השנים האחרונות. מעריכים כי בשנת 2019 מעל 8.5 מיליון אנשים סבלו מהמחלה ברחבי העולם ו-329 אלף מתו ממנה. בישראל חיים כיום כ-25 אלף חולי פרקינסון. שכיחות המחלה עולה עם הגיל, ועומדת על כאחוז אחד מהאוכלוסייה מגיל 60 ומעלה, וכחמישה אחוזים מעל גיל 85. עם זאת, היא עלולה להתפרץ גם בגיל הרבה יותר צעיר.
כיום ידוע שלמחלה יש יסוד גנטי ובשנים האחרונות אף זוהו כמה גֵנים ששינויים בהם מעלים את הסיכון לפתח את המחלה. אך נראה כי במקרים רבים גם תנאים סביבתיים עלולים לזרז את התפרצות המחלה, ובמיוחד חשיפה לרעלים, חומרי הדברה ועוד.
המחלה פוגעת בכאחוז מהאוכלוסייה מגיל 60 ובכחמישה אחוזים מהאוכלוסייה מגיל 85. אדם הסובל מפרקינסון | איור: solar22, Shutterstock
חשיבות האבחון המוקדם
עדיין לא קיימים טיפולים שמרפאים את המחלה, אולם יש תרופות רבות שיכולות להקל באופן משמעותי את התסמינים שלה וידוע שפעילות גופנית יומיומית יכולה להאט את התקדמות המחלה. על כן חשוב מאוד לאבחן אותה כמה שיותר מוקדם. מכיוון שאין בדיקה אחת ספציפית לאבחון מהיר או מוחלט של המחלה, האבחון נעשה בדרך כלל כשהיא כבר במצב מתקדם. לרוב זה קורה כשהמטופלים או בני משפחתם מדווחים על שינויים בתפקוד התנועתי של החולה, כמו רעד ונוקשות, שמופיעים רק כשהתהליך הניווני במוח כבר הגיע למצב מתקדם.
האבחון המוקדם של המחלה מציב בפני הרפואה אתגר משמעותי. במשך השנים התפתחו שיטות מיפוי ודימות, כמו דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), שמזהות פגמים מבניים ותפקודיים במוח. בנוסף קיימות שיטות לזיהוי סמנים ביולוגיים בנוזל המוחי שיכולים להעיד על ההתפתחות המחלה. אבל השיטות הללו יקרות, חלקן פולשניות, והן דורשות מכשור מתקדם ואנשי צוות שיודעים להשתמש בו ולפענח את ממצאיו. מכל הסיבות האלה, האבחון ההתחלתי נוטה להתעכב.
השיטות לאבחון ולזיהוי של המחלה הן יקרות ומורכבות, וחלקן פולשניות. תא עצב פגוע במחלת פרקינסון | איור: Kateryna Kon, Science photo Library
בנשימה עצורה
כבר בשנת 1817 הבחין המנתח הבריטי ג'יימס פרקינסון שחולים במחלה, שנקראה מאוחר יותר על שמו, נטו לסבול מבעיות בנשימה. מחקרים מאוחרים יותר הראו כי אזורים בגזע המוח ששולטים בנשימה מתנוונים אצל חולי פרקינסון. הניוון הזה בא לידי ביטוי בחולשה בתפקוד שרירי הנשימה ובהפרעות נשימה בזמן השינה. יתר על כן, התסמינים הנשימתיים מתחילים לעיתים קרובות הרבה לפני הקשיים בתנועה, ולכן הם יכולים לכאורה לסייע לאבחון מוקדם של מחלת פרקינסון.
כעת, במחקר חדש, לקחו דינה קטאבי (Katabi) ועמיתיה מהמחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) את ההבחנה הזאת צעד אחד הלאה ותכנתו מודל בינה מלאכותית שיאבחן את המחלה על סמך מדידת דפוסי הנשימה של האדם. המודל הממוחשב שפיתחו מבוסס על למידת מכונה – שיטה שבה מספקים למחשב כמות עצומה של נתונים, במקרה הזה על דפוסי נשימה של חולי פרקינסון ושל אנשים בריאים, ומניחים לו לנתח אותם בעצמו. אלגוריתם מזהה בנתונים דפוסים שחוזרים על עצמם, לומד אותם, ויכול לאתר בהם דפוסים שאופיינים לחולים. ככל שכמות הנתונים שמוזנת למחשב גדולה ומדויקת יותר, המחשב יכול לתת חיזוי מדויק יותר.
בשלב הראשון בנו החוקרים סדרה של אלגוריתמים שמחקים את אופן פעולתו של המוח האנושי ויוצרים מעין רשת עצבית. כדי לאתר דפוסי נשימה שמאפיינים חולי פרקינסון הם אימנו את המחשב על מערך עצום של אותות נשימה ליליים שאספו ממאגרי נתונים ציבוריים ומבתי חולים בארצות הברית. אותות הנשימה נמדדו באמצעות מכשיר פשוט שתולים על הקיר ועוקב מרחוק אחרי שינויים בדפוסי הנשימה של אדם ישן, או באמצעות חגורה שמצמידים לחזה או לבטן שלו.
בסך הכול אספו נתוני נשימה של 7,671 אנשים, מהם 757 חולי פרקינסון שגילם הממוצע 69.1 שנים, והשאר אנשים בריאים. מערך הנתונים המלא הכיל מדידות שנעשו במשך כ-12 אלף לילות וכלל למעלה מ-120 אלף שעות של אותות נשימה ליליים. הבינה המלאכותית עיבדה את הנתונים הללו ויצרה מהם מעין רשת עצבית, שיכולה לנתח נתונים של נבדק חדש שלא הופיע במאגר המקורי ולהעריך על פיהם אם הוא סובל ממחלת פרקינסון. יתר על כן, אם מתברר שהנבדק חולה, היא יכולה להעריך את חומרת המחלה ולעקוב אחרי התקדמותה לאורך זמן.
בחולי פרקינסון מתנוונים אזורים בגזע המוח השולטים בנשימה, והתוצאה היא הפרעות נשימה בזמן השינה. מערכת העצבים בגוף האדם | איור: SCIEPRO, Science Photo Library
רגישות גבוהה
בשלב הבא הם בדקו את רמת הדיוק של המודל על מערך נתונים עצמאי. המאגר החדש כלל נתוני נשימה שנמדדו אצל חולי פרקינסון בהפרש של כשש שנים, לפני האבחון שלהם ואחריו. המודל אבחן בהצלחה את חולי הפרקינסון בדיוק של למעלה מ-80 אחוז כבר על בסיס נתונים שנאספו בלילה אחד. כשסיפקו למחשב נתונים של כמה לילות רצופים, מידת הרגישות והדיוק של האבחון עלתה מעבר ל-95 אחוז. וחשוב אף יותר – המערכת הצליחה לחזות את המחלה בדיוק של 75 אחוז כבר מנתוני הבדיקה הראשונה, שנערכה כאמור עוד לפני שהופיעו התסמינים התנועתיים הראשונים של המחלה.
פרקינסון היא מחלה שמתקדמת באיטיות ושיטות האבחון והמעקב אחרי התקדמות המחלה אינן רגישות ואינן לוכדות שינויים קטנים. לכן נדרש בדרך כלל זמן רב לזהות אותם. אבחון המחלה נעשה בדרך כלל על סמך קשיי תנועה שמופיעים רק אחרי ש-80-50 אחוז מתאי העצב העיקריים שמייצרים את הדופמין כבר התנוונו. המערכת החדשה עשויה להתריע מפני המחלה כבר בשלב הרבה יותר מוקדם, ובאמצעות מדידות אובייקטיביות ומדויקות שאינן מושפעות מהדיווח הסובייקטיבי של החולה על תחושותיו ועל תפקודו, ואף לעקוב אחרי החמרתה לאורך השנים.
יתרון נוסף של המערכת החדשה הוא הזמינות הפוטנציאלית שלה לחולים. נכון לעכשיו, 40 אחוז מחולי הפרקינסון לא זוכים לטיפול רפואי מיטבי, עקב קשיי ניידות ומחסור באמצעים כלכליים. מדידה זולה, שאינה פולשנית ושנעשית בסביבה הטבעית של המטופלים ובמיטתם, והם יכולים לחזור עליה פעמים רבות, תחסוך מהמטופלים קשיים רבים ותסייע לאבחן את המחלה בשלב מוקדם ולספק להם טיפול מהיר.
עדיין מוקדם לקבוע אם אכן נוכל להשתמש בשיטה הזאת לאבחון מוקדם של מחלת פרקינסון. השיטה אומתה על חולים מעטים בלבד, ודרוש מחקר מקיף יותר, שייעשה על אוכלוסייה גדולה יותר, כדי לבסס את הממצאים. צריך גם לזכור שיש כמה סוגים של מחלת פרקינסון, עם מאפיינים שונים במקצת, וצריך לבדוק אם צורת האבחון הזאת מתאימה לכולם באותה מידה.
בסופו של דבר, התקווה היא שאחרי שיצליחו לבסס את השיטה, המכשיר יוכל לשרת אנשים שנמצאים בסיכון גבוה לפתח מחלת פרקינסון, למשל בעקבות נטייה גנטית ידועה. כמו כן הוא עשוי להועיל למעקב צמוד אחרי שינויים במצבם של חולי פרקינסון שנמצאים בשלב מוקדם של המחלה.
