Być może już wkrótce nie trzeba będzie zastanawiać się, co akurat kwitnie i dlaczego latem mamy katar. Algorytmy same będą analizować, które pyłki odpowiadają za „zapchany” nos i zatoki
Alergia to choroba cywilizacyjna, która w dużej mierze dotyka społeczeństwa zachodnie, ale „żniwo” zbiera na całym świecie. Najnowsze badania naukowców z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego z 2018 roku wskazują, że z roku na rok rośnie liczba chorych, także w Polsce. Na alergię w naszym kraju cierpi już ok. 40 proc. obywateli. Aż 25 proc. ma alergiczny nieżyt nosa, a u 10 proc. zdiagnozowano astmę. Nadal pozostaje też ogromna liczba Polaków, którzy nie są zdiagnozowani i choć mają objawy alergii to jej nie leczą.
Uznaje się, że zmiany klimatu i zanieczyszczenie powietrza są głównymi powodami alergii. To czynniki, przed którymi nie sposób się ukryć. Tymczasem nieleczona alergia może prowadzić do poważnych chorób płuc i wielu innych powikłań grożących utratą zdrowia, a nawet życia. Według Światowej Organizacji Zdrowia na świecie z powodu zanieczyszczeń powietrza umiera rocznie aż 7 milionów osób.
Majówka w katarze
Dla alergików najgorsze pory roku to wiosna i lato. Kwitną kwiaty, byliny, drzewa. Każdy alergik wie, że najpiękniejszy czas, kiedy wszyscy udają się na urlopy, majówkę na łonie przyrody czy wycieczki do parku dla nich skończy się to chronicznym katarem, bólem, zawrotami głowy i ogólnym osłabieniem.
Wiadomo, że są miejsca, gdzie stężenie alergenów jest większe, a są i takie, gdzie jest nieco niższe. Można to analizować poprzez wnikliwą znajomość drzew i roślin pylących. Można również wykorzystywać dane takich podmiotów jak np. Ośrodek Badania Alergenów Środowiskowych. Od 1990 roku prowadzi on pomiary, stężenia w powietrzu pyłków roślin i zarodników grzybów, za pomocą specjalnej aparatury w największych miastach Polski.
Są to dane niezwykle precyzyjne, jak na ogromny obszar badania. Często korzystają z nich stacje telewizyjne i serwisy internetowe, które informują o alergenach w powietrzu. Jednak obejmują one spory obszar, często całe miasta lub miejsca do których dotrze aparat. Dziś w Polsce stosuje się aparaty statyczne, ustawione na budynkach oraz przenośne urządzenia montowane na autach. Te drugie są nieco mniejsze. Działają na baterie fotowoltaiczne i można je podpiąć do zapalniczki samochodowej, ale nadal jest to sprzęt dużych rozmiarów.
Tymczasem jak wskazują amerykańscy eksperci stężenie alergenów w powietrzu zmienia się co kilka kroków. Pobliskie kwitnące drzewo lub nagły podmuch wiatru może łatwo wywołać kichanie i łzawienie oczu.
Głębokie uczenie na pyłki
Na swoim blogu firma Nvidia poinformowała, że powstało urządzenie wykorzystujące uczenie głębokie do skuteczniejszego mierzenia stężenia pyłków odpowiedzialnych za objawy alergii. Stworzyli je naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA).
Badacze z UCLA wynaleźli przenośne urządzenie, wykorzystujące hologramy oraz uczenie maszynowe do identyfikacji i pomiaru cząstek biologicznych unoszących się w powietrzu lub bioaerozoli, które pochodzą z żywych organizmów, takich jak rośliny lub grzyby. Wyszkolony w rozpoznawaniu pięciu powszechnych alergenów – pyłku z trawy bermudzkiej, dębu, ambrozji i zarodników z dwóch rodzajów pleśni – system sklasyfikował próbki z dokładnością do 94 procent. To najwięcej spośród wszystkich urządzeń analizujących stan powietrza w oparciu o sieci neuronowe – twierdzą amerykańscy naukowcy.
Nowy aparat działa podobnie, jak w standardowych badaniach. Dotychczas, aby dokonać pomiaru naukowcy zbierali za pomocą lepkich taśm, filtrów i pułapek małe cząsteczki w tym pyłki, zarodniki i mikroby. Następnie, w laboratorium ręcznie je barwiono i sprawdzano.
Taka analiza trwała od kilku godzin do nawet kilku dni. Tymczasem rozwiązanie UCLA ma zdecydowanie skrócić ten czas.
Urządzenie automatycznie zasysa powietrze i zatrzymuje cząsteczki na lepkiej powierzchni oświetlanej laserem. Ten generuje hologram wszystkich zassanych cząstek, a specjalny czujnik skanuje hologram i wysyła te dane do zdalnego serwera.
Tam sieć neuronowa oczyszcza obraz, dzieląc go na cząstki biologiczne. Druga sieć neuronowa klasyfikuje te cząstki spośród zestawu wstępnie załadowanych do systemu alergenów – informuje na swojej stronie kalifornijska uczelnia.
Przenośny aparat dla alergika
Urządzenie waży mniej niż 600 gramów i ma kompaktowe rozmiary: szerokość 14 centymetrów, długość 17 centymetrów i grubość 6 centymetrów. Jest pierwszym tej wielkości urządzeniem na rynku i pozwala analizować stężenie alergenów w najbardziej niedostępnych miejscach miast i terenów zielonych. Można je też podłączyć do drona.
Nie ma żadnych informacji o tym, czy czujnik zostanie wprowadzony do masowej produkcji i sprzedaży. Gdyby tak się stało, każdy alergik mógłby mieć swój przenośny aparat do analizy stanu powietrza, z którego dane byłyby przesyłane do smartfona, a także do sieci. Tym samym społeczność alergików mogłaby stworzyć własną mapę alergenów dostępną dla wszystkich.
Urządzenia wciąż za drogie
Eksperci z Polski tonują jednak nastroje amerykańskiego hurraoptymizmu. Po pierwsze dlatego, że automatyczne urządzenia są drogie, po drugie – nie są żadnym standardem.
– Temat automatyzacji pomiarów stężenia ziaren pyłku i spor grzybowych jest znany od kilkunastu lat i poza pełnymi entuzjazmu doniesieniami autorów, nie znalazł jeszcze szerszego zastosowania w praktyce. Wszystko przez koszty urządzeń – mówi portalowi sztucznainteligencja.org.pl Piotr Rapiejko, główny specjalista ds. monitoringu aeroalergenów z Ośrodka Badania Alergenów Środowiskowych (OBAS).
Jak dodaje przed około 10 laty, wspólnie z zespołem Politechniki Warszawskiej pracował nad urządzeniem do analizy obrazów mikroskopowych ziaren pyłku.
– W praktyce w naszym ośrodku stosujemy system półautomatyczny, ale oparty na analizie zdjęć preparatu mikroskopowego. Kilka zespołów z Japonii i Niemiec pracowało nad urządzeniami wykorzystującymi laser. Każda z metod ma swoje wady i zalety – zauważa Rapiejko, – Jedynym znanym mi i działającym urządzeniem automatycznym jest model BAA 500. Ze względu na koszty (blisko 450 tys. zł) urządzenie nie jest powszechnie stosowane. Standardem nadal pozostają aparaty pomiarowe typu Hirsta produkowane przez dwie firmy: Burkard i Lanzoni z oceną preparatów w mikroskopie świetlnym po wybarwieniu fuksyną zasadową – tłumaczy ekspert.
Jak informuje na swojej stronie UCLA cena podzespołów wykorzystanych do budowy tego urządzenia wynosi ok. 200 dolarów, ale należy pamiętać, że nie jest to kompletna cena technologii. Warto też zwrócić uwagę, że podręczny aparat dla alergików pozwala na detekcję tylko 5 konkretnych alergenów. Wykorzystanie go w innych regionach niż Kalifornia, wymagałoby zmiany danych bazowych.