Integrating Postural and Physiological Features for High-Altitude Acclimatization Assessment: A Machine Learning Framework

ليست الجبال العالية مجرد أماكن ذات مناظر طبيعية خلابة؛ بل هي بيئات يصبح فيها الهواء نفسه رقيقاً، مما يجبر جسم الإنسان على خوض صراع صامت ومستمر من أجل الأكسجين. ومع انتقال الناس من الأراضي المنخفضة إلى هذه المرتفعات العالية، يجب على أجسادهم التكيف من أجل البقاء. وتتضمن هذه العملية، المعروفة باسم التأقلم، سلسلة معقدة من التعديلات الداخلية؛ حيث ينبض القلب بشكل أسرع، وتعمل الرئتان بجهد أكبر، وتتغير كيمياء الدم لحمل المزيد من الأكسجين إلى الدماغ والعضلات. لعقود من الزمن، راقب الأطباء والباحثون هذه التغييرات من خلال فحص عينات الدم، وتحديداً عبر عد عدد خلايا الدم الحمراء وقياس كمية الأكسجين التي يمكن للدم حملها. تروي هذه الأرقام قصة واضحة حول ما إذا كان الشخص يتكيف جيداً أم يعاني للتكيف مع نقص الأكسجين. ومع ذلك، تتطلب اختبارات الدم هذه إبراً، ومعدات مختبرية، ووقتاً، مما يجعل استخدامها صعباً لإجراء فحوصات سريعة وفورية في المناطق النائية حيث يتواجد العمال والمسافرون غالباً.

تشير دراسة جديدة من باحثين في جامعة التبت إلى أن هناك طريقة أخرى لرؤية مدى قدرة الشخص على التأقلم، وهي طريقة لا تتطلب قطرة دم واحدة. فقد أدرك الفريق أن الطريقة التي يقف بها الشخص ويوازن بها نفسه قد تكشف عن حالته الداخلية بقدر ما يفعل دمه. فعندما لا يحصل الدماغ على كفاية من الأكسجين، يمكن للجهاز العصبي أن يصبح بطيئاً، مما يؤدي إلى تمايل طفيف أو عدم استقرار قد لا يلاحظه الشخص نفسه. ومن خلال الجمع بين اختبار الدم التقليدي وتسجيل فيديو بسيط لشخص يقف على رجل واحدة، ابتكر الباحثون طريقة جديدة لتقييم الصحة في المرتفعات العالية. وقد وجدوا أن مراقبة كيفية حركة الشخص، ثم استخدام الكمبيوتر لتحليل تلك الحركات، يمكن أن يحسن بشكل كبير من دقة التنبؤ بمن يتكيف جيداً ومن هو معرض للخطر، مما يوفر أداة محتملة للفحص السريع وغير الجراحي في الميدان.

بدأ الباحثون باستقطاب أكثر من ثلاثمائة بالغ يتمتع بصحة جيدة وصلوا حديثاً إلى التبت من مناطق منخفضة الارتفاع. لم يكن المشاركون خبراء في العيش في المرتفعات العالية؛ بل كانوا أشخاصاً عاديين، بما في ذلك طلاب جامعيون وموظفون، ممن يمثلون السكان النموذجيين المنتقلين إلى هذه المناطق. وقبل بدء أي اختبار، جمع الفريق عينة دم صغيرة من كل شخص لقياس نسبة الهيماتوكريت لديهم، وهي قيمة طبية قياسية تشير إلى نسبة خلايا الدم الحمراء في الدم. وقد كانت هذه الرقم بمثابة الأساس العلمي، أو "المعيار الذهبي" الذي ستُختبر ضده الطريقة الجديدة. وعقب سحب الدم، قام كل مشارك بمهمة بدنية بسيطة: الوقوف على رجل واحدة. وقد فعلوا ذلك مرتين، المرة الأولى وأعينهم مفتوحة، ثم المرة الثانية وأعينهم مغلقة، بينما قامت ثلاث كاميرات بتصويرهم من الأمام، واليسار، واليمين. وكان الهدف هو التقاط الحركات اللاإرادية الصغيرة للجسم أثناء محاولته الحفاظ على التوازن.

ولجعل ساعات من لقطات الفيديو ذات معنى، استخدم الباحثون برنامج كمبيوتر متطوراً قادراً على تحديد الهيكل البشري في كل إطار من إطارات الفيديو. تتبع هذا البرنامج مواقع المفاصل الرئيسية، مثل الوركين والركبتين والكاحلين، مما أنشأ خريطة رقمية لكيفية تحرك الجسم بمرور الوقت. ثم قام الفريق بتغذية هذا التدفق من بيانات الحركة في نموذج كمبيوتر متخصص مصمم للتعرف على الأنماط في المتواليات. عمل هذا النموذج كـمراقب مدرب تدريباً عالياً، حيث قام بحساب درجة واحدة تمثل جودة توازن الشخص. كانت الدرجة العالية تعني أن الشخص وقف ثابتاً ومستقراً، بينما أشارت الدرجة المنخفضة إلى تمايل أو ارتجاف ملحوظ. ومن خلال حساب متوسط الدرجات من زوايا الكاميرات الثلاث، أنشأ الباحثون مقياساً موثوقاً لاستقرار وضعية كل شخص، محولين فيديو معقداً إلى رقم واحد سهل الفهم.

جاء الاختبار الحقيقي عندما دمج الباحثون درجات التوازن هذه مع نتائج اختبار الدم. فقد بنوا نموذجاً حاسوبياً ينظر إلى كل من بيانات الدم وبيانات الحركة للتنبؤ بما إذا كان الشخص متأقلمًا جيدًا أم متأقلمًا بشكل ضعيف. وكانت النتة مذهلة؛ فعندما اعتمد النموذج فقط على اختبار الدم، كان جيداً في إجراء التنبؤات، ولكن عندما أضاف درجات التوازن، تحسنت دقته بشكل ملحوظ. لقد حدد النهج المشترك حالة المشاركين بدقة تصل إلى 88 في المائة، وهي قفزة كبيرة مقارنة باستخدام بيانات الدم وحدها. وأظهر التحليل الحاسوبي أنه بينما ظل اختبار الدم هو العامل الأكثر أهمية، فإن بيانات الحركة قدمت معلومات إضافية قيمة لا يستطيع اختبار الدم رؤيتها. كان الأمر كما لو أن الدم يروي قصة كيمياء الجسم الداخلية، بينما يروي الفيديو قصة كيف تؤثر تلك الكيمياء على قدرة الشخص على التحكم في جسده في العالم الحقيقي.

كشفت الدراسة أيضاً عن تفاصيل مثيرة للاهتمام حول كيفية تأثير البيئة على هذه القياسات. فعندما وقف المشاركون وأعينهم مغلقة، انخفضت درجات توازنهم، وأصبحت البيانات أكثر تشتتاً، مما أظهر أن إزالة الإشارات البصرية جعلت المهمة أصعب على الجميع. وقد أكد هذا أن الجهاز العصبي كان بالفعل يعاني تحت وطأة الارتفاع العالي. لاحظ الباحثون أن كاميرات العرض الجانبي التقطت أحياناً أنماطاً مختلفة عن عرض الواجهة الأمامية، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن الجسم يتأرجح من جانب إلى آخر بشكل مختلف عن تأرجحه من الأمام إلى الخلف. وقد عزز هذا الاكتشاف قيمة استخدام كاميرات متعددة للحصول على صورة كاملة لاستقرار الشخص. تعلم النموذج الحاسوبي من هذه الأنماط، ليصبح أفضل في التمييز بين الشخص الذي يعاني من مجرد تمايل بسيط والشخص الذي يعاني حقاً من أجل التكيف مع الهواء الرقيق.

وعلى الرغم من هذه النتائج الواعدة، يحرص الباحثون على الإشارة إلى أن هذه الطريقة ليست بديلاً بعد للتحاليل الطبية. فقد أجريت الدراسة على مجموعة محددة من الناس في موقع واحد، وحجم العينة، رغم كفايته للنتائج الأولية، ليس كبيراً بما يكفي لضمان عمل الطريقة بشكل مثالي للجميع في كل موقف. ويقر الفريق بأن عوامل مثل الطقس، أو الوقت من اليوم، أو اللياقة البدنية للشخص يمكن أن تؤثر على النتائج. علاوة على ذلك، يتطلب النظام الحالي جهاز كمبيوتر لمعالجة الفيديو، مما يعني أنه لا يمكن استخدامه بعد كتطبيق بسيط على الهاتف في منتصف موقع بناء أو قرية نائية. ويتصور الباحثون مستقبلاً يمكن فيه تبسيط هذه التكنولوجيا لتصبح أداة محمولة، مما يسمح للعاملين الصحيين بفحص مجموعات كبيرة من الناس بسرعة دون الحاجة إلى سحب الدم أو معدات المختبر.

تكمن أهمية هذا العمل في إمكانية تغيير كيفية مراقبة الصحة في البيئات القاسية. لسنوات، كان تقييم التأقلم مع الارتفاعات العالية عملية تهيمن عليها الإجراءات التداخلية والخدمات اللوجستية المعقدة. وتثبت هذه الدراسة أن سلوك الجسم هو مصدر غني للمعلومات، وهو مصدر يمكن التقاطه بكاميرا وتفسيره بواسطة الكمبيوتر. ومن خلال إضافة عملية بسيطة تتمثل في الوقوف على رجل واحدة إلى اختبار الدم التقليدي، فتح الباحثون باباً جديداً. لقد أظهروا أن الطريقة التي نتحرك بها مرتبطة بعمق بكيفية تعامل أجسادنا مع العالم من حولنا. فبينما يخبرنا الدم بما يحدث داخل الجسم، يوضح لنا الفيديو كيف يتجلى هذا الواقع في الخارج. ومعاً، يقدمان صورة أوضح وأكثر اكتمالاً للصمود البشري في مواجهة أقسى ظروف الطبيعة.