I ricercatori IBM monitorano la malattia di Parkinson con sensori per unghie

I ricercatori IBM monitorano la malattia di Parkinson con sensori per unghie

La forza della presa può rivelare molto su una persona – incluso se una malattia neurodegenerativa sta per insediarsi e quanto è progredita.

In uno studio pubblicato sulla rivista Scientific Reports, i ricercatori di IBM descrivono un sistema indossabile – un “sensore per unghie” – che misura in maniera continua come l’unghia di una persona si piega e si muove (indicatore chiavi riguardo alla forza di presa.

Forza di presa e malattia di Parkinson

Come sottolineano i coautori dello studio Stephen Heisig e Katsuyuki Sakuma in un post sul blog, la forza di presa è associata nella letteratura medica non solo all’efficacia del farmaco sui pazienti con malattia di Parkinson, ma anche alla salute cardiovascolare delle persone, alla funzione cognitiva complessiva negli schizofrenici e alla mortalità degli anziani.

Il monitoraggio delle unghie è l’ideale per i pazienti anziani, affermano, che rischiano l’infezione da opzioni alternative, come i sensori a base di pelle.

“Il progetto è iniziato come un tentativo di controllare lo stato terapeutico delle persone con malattia di Parkinson… La maggior parte delle persone con Parkinson è anziana, una fascia di età con una pelle sempre più fragile e friabile. Collocando il sensore alla fine delle dita, abbiamo trovato un nuovo uso delle nostre unghie rilevando e caratterizzando i loro movimenti sottili”.

Nell’afferrare e stringere un oggetto le unghie subiscono una leggerissima deformazione

Si è scoperto che le unghie forniscono una preziosa struttura per il sistema somatosensoriale del corpo.

Mentre le persone si muovono nell’ambiente per tutto il corso della giornata, i neuroni sulla punta delle dita agiscono come fonti pressoché costanti di feedback di pressione, temperatura e trama, portandoli a interagire con gli oggetti in modi piuttosto ripetitivi e prevedibili.

Questa intuizione ha portato il team “a credere che sarebbe stato possibile carpire … segnali da come si piega l’unghia”, hanno scritto Heisig e Sakuma.

Sistema per valutare questa deformazione delle unghie

Così hanno costruito un sistema di estensimetri – sensori che misurano la quantità di sforzo su un oggetto – che sono stati fissati con un adesivo alle unghie dei soggetti di studio, insieme a piccoli computer che hanno campionato i valori di deformazione registrati da tali indicatori.

Oltre agli estensimetri, i pacchetti di sensori contenevano un microcontrollore con una scheda antenna wireless, una protesi al silicio, una scheda accelerometro e una batteria a moneta.
Mentre il suddetto computer raccoglieva i dati, comunicava con uno smartwatch (un Apple Watch Series 3), che inviava le informazioni a un iPhone associato (tramite Bluetooth) e successivamente a macchine con sistema cloud per l’archiviazione, l’analisi e la formazione del modello.

Modelli di deduzione: il focus sulle unghie

A livello locale, i modelli di deduzione correlavano i dati con tre sintomi ben consolidati del morbo di Parkinson: bradicinesia (lentezza del movimento), tremore e discinesia (anormalità del movimento volontario).

Una delle funzioni delle unghie è di mettere a fuoco le punte delle dita su oggetti manipolati – le unghie si piegano leggermente e si muovono quando vengono usate per afferrare e stringere, e anche quando le dita sono semplicemente flesse ed estese.

È un movimento difficile da vedere ad occhio nudo, affermano i ricercatori – solitamente nell’ordine dei micron, meno della lunghezza di un tipico capello umano (tra 50 e 100 micron di diametro) o di un globulo rosso (meno di 10 micron di diametro).

Ma i sensori di deformazione del dispositivo sono abbastanza sensibili da catturare quelle pieghe e altri piccoli cambiamenti nell’orientamento, nella direzione e nella forza delle interazioni.

Nei test, il pacchetto di sensori e i modelli di apprendimento automatico sono riusciti a differenziare le attività che coinvolgono la pronazione – rotazioni verso il basso del palmo – e la supinazione – rotazioni verso l’alto – come girare una chiave, aprire una maniglia e usare un cacciavite. Hanno persino predetto con una precisione del 94% che le persone che scrivevano stavano scrivendo mentre usavano carta e penna.

Possibile base per la creazione di nuovi wereable

Gli autori dello studio ritengono che il sistema possa fungere da base per un futuro wereable che “sia completamente sull’unghia” e capace di riconoscere vari tipi di gesti, che potrebbero essere usati per eseguire operazioni come lo scorrimento, il paging, lo zoom delle immagini su uno smartphone o un PC.

A breve termine, i miglioramenti dell’hardware si concentreranno sul restringimento dell’elettronica utilizzando l’imballaggio in scala del “chip a livello di wafer”, passando a un substrato flessibile e riducendo il consumo di energia.

Heisig e Sakuma hanno affermato:

 “Con il sensore, possiamo ottenere ipotesi sullo stato di salute e dare il via a un nuovo tipo di interfaccia utente. Questo lavoro è servito anche come ispirazione per un nuovo dispositivo modellato sulla struttura del polpastrello che un giorno potrebbe aiutare i quadriplegici a comunicare”.

Molte ricerche puntano sull’IA per la monitorizzazione della malattia di Parkinson

Varie ricerche sull’intelligenza artificiale (AI) in ambito sanitario si stanno concentrando sulla previsione della malattia di Parkinson.

I ricercatori dell’Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti a Zurigo, Svizzera, hanno pubblicato un recente documento che descrive un sistema di IA in grado di diagnosticare la malattia di Parkinson da test basati su smartphone progettati per misurare il movimento, la parola, la destrezza e la memoria spaziale.

Inoltre, gli scienziati dell’Università di Oxford hanno mostrato che un modello di apprendimento automatico che rileva automaticamente il disturbo del comportamento del sonno (REM) del movimento oculare rapido (RBD), può essere usato nella diagnosi precoce della malattia di Parkinson.

Il gigante cinese Tencent, nel frattempo, ha recentemente stretto una partnership con la società di assistenza sanitaria Medopad e il Centro di eccellenza Parkinson al King’s College Hospital di Londra per sviluppare software basati su intelligenza artificiale in grado di rilevare i segni del Parkinson in pochi minuti, utilizzando una fotocamera dello smartphone per monitorare il motore movimenti.