روبوتات بديلة لتفادي عملية القلب المفتوح

جرّاح أميركي يقود مجال «جراحة القلب الآلية» رغم المعارضة الشديدة

روبوتات بديلة لتفادي عملية القلب المفتوح
TT

روبوتات بديلة لتفادي عملية القلب المفتوح

روبوتات بديلة لتفادي عملية القلب المفتوح

في مركز «لانكينو» الطبي، يجلس فرنسيس سوتر، جرّاح القلب والصدر من فيلادلفيا، في زاوية مظلمة بغرفة العمليات، ورأسه غارقٌ في ما تشبه خوذة واقع افتراضي كبيرة... يداه بعيدتان عن صدر المريض الذي يخضع للعملية؛ لأنّه يستخدم عصيّ تحكّم لتحريك الروبوت الذي ينفذ شق الشقوق الدقيقة بالقرب من القلب النّابض.

عمليات روبوتية

صحيح أنّ الإعدادات أشبه بألعاب الفيديو، ولكن لا توجد أي لعبة إلكترونية تنطوي على هذا الكمّ من المخاطر. يقول سوتر: «خطوةٌ واحدة خاطئة بذراع الروبوت تُحدث ثقباً في القلب».

هنا نتحدّث عن استبدال شريان جديد بآخر مسدود؛ أي ما تُعرف بـ«جراحة فتح مجرى جانبي (مجاز) للشريان التاجي»؛ جراحة القلب الأكثر شيوعاً في الولايات المتحدة. ولكنّ الوسيلة التي يستخدمها سوتر ليست شائعة، حيث تشير بيانات «جمعية جرّاحي الصدر» إلى أنّ الروبوتات كانت مسؤولة عن واحد في المائة فقط من هذه الجراحات خلال السنوات الخمس الماضية.

وشهد عام 2021 إجراء نحو 1800 عملية جراحية روبوتية فقط؛ 200 منها في مركز «لانكينو» الطبي حيث يترأّس سوتر قسم الجراحة القلبية.

أصبح مشهد الروبوتات مألوفاً في بعض الإجراءات القلبية، إلّا إنّ كثيراً من الجرّاحين يشكّكون في عدّ المساعدة الروبوتية تحسّناً في هذه العملية.

ينقل سوتر هذا الأمر للمرضى المؤهلين لهذه الجراحة؛ لأنها تقيهم عملية قلب مفتوح تتضمّن كسر عظمة الصدر وإيقاف القلب عن النبض، بالإضافة إلى ندبة على الجلد تتراوح بين 6 و8 بوصات. ويضيف أنّ مرضاه يذهبون إلى منازلهم بشقوقٍ صغيرة لا يتعدّى أكبرها البوصتين (5 سم).

يقول منتقدو هذه المنطلقات الآلية، ومن بينهم بعض الجرّاحين البارزين في فيلادلفيا، إنّ كثيراً من المرضى المؤهلين لهذه الجراحة يحتاجون لفتح أكثر من مجرى، وهذا الأمر غالباً غير ممكن بتقنية سوتر، فضلاً عن أنّ الروبوت قد يرفع تكلفة الجراحة.

يسمع سوتر كثيراً من النقد، ولكنّه لا يزال يأمل أنّ تساعد أبحاثه في تشجيع مزيد من الجراحين على الاستفادة من الإجراء الآلي الذي يجريه منذ أكثر من عقدين.

مسار تعليمي وتجريبي

بدأ سوتر عام 1986 إجراء جراحة فتح مجرى جانبي للشريان التاجي باستخدام المقاربة المعيارية التي يعدّها عنيفة وخطرة. ولهذا السبب أبدى اهتماماً فورياً عندما سمع أنّ بعض الجراحين حول العالم بدأوا استخدام روبوت لهذا الإجراء في أواخر التسعينات.

وقد رأى أداةً سمحت بإجراء جراحة في قلبٍ نابض وجنّبت الأطباء تلك اللحظة المرعبة التي يصلّون فيها إلى عودة القلب إلى العمل من جديد. اعتقد سوتر أنّ الجراحة الروبوتية قد تساعد في تقليص وقت التعافي وتتيح له إجراء العملية لمرضى لا يحتملون العملية التقليدية.

بدأ الجرّاح أداء هذه العملية قبل 18 عاماً، ولا يزال حتّى اليوم يُذهَل عندما يرى مرضاه جالسين في السرير بعد بضع ساعات فقط.

إجراء متخصص

يستخدم سوتر روبوتاً لتصحيح الانسداد في الشريان الأكبر الذي يغذّي الدم في عضلة القلب في جراحة من جزأين تتطلّب نحو 4 ساعات.

أولاً: يستخدم الجرّاح الروبوت لـ«حصاد» الشريان الثديي الداخلي الشمالي؛ الخيار العملي لاستبدال الشريان المتضرّر في كثير من هذه الجراحات. يضع الروبوت قفازاً معقّماً ويخيط الشريان «البديل» في القلب، ليسمح لتدفّق الدمّ بتخطّي الانسداد. تحتاج هذه الخطوة الشقّ الأكبر خلال الجراحة الذي لا يتعدّى طوله البوصتين.

في الماضي، كان سوتر يستطيع إجراء العملية الكاملة باستخدام الروبوت، ولكنّ الشركة المصنّعة للأخير توقّفت عن صناعة أداة حيويّة للجراحة بسبب انخفاض الطلب.

وقال سوتر إنّه يصحّح جراحياً شرياناً واحداً لدى 80 في المائة من مرضاه. ولأنّ الناس يعانون غالباً من انسدادٍ في الأوعية أكثر؛ يتزوّد كثير من مرضاه بدعامات، وهي جهاز يشبه النابض يُزرع بواسطة قسطرة، في أوعية أخرى. يفضّل الجرّاح هذا الإجراء على فتح الصدر وأداء إجراءات عدّة لفتح جانبي في الحالات التي تسمح بذلك.

جدل طبي حول توظيف الروبوت الجراحي

تلاحق المستشفيات عادةً العلاجات الأكثر تطوّراً، حتّى عندما لا تحصل التكلفة على الدعم البحثي الكامل. ولكنّ جرّاحي القلب في فيلادلفيا لا يتّبعون وسيلة سوتر الآلية.

ويقول روهينتون موريس، رئيس قسم الجراحة القلبية في «مستشفى جيفرسون الجامعي»، إنّ «جرّاحي القلب المهرة كثُر، ويوجد سببٌ لعدم اعتمادهم هذه الوسيلة». ويضيف أنّ القلق من استخدام آلة القلب - الرئة عفى عليه الزمن، وأنّ نحو 90 في المائة من جراحات فتح مجرى جانبي للشريان التاجي في «جيفرسون» تُجرى على قلب متوقّف ومن دون استخدام روبوت.

لا يستخدم مستشفى «تيمبل» الجامعي بدوره الروبوت لإجراء هذه العملية، وفق يوشيا تويودا، رئيس قسم جراحة القلب والأوعية؛ لأنّ أكثر ما يخشاه هو محدودية التقنية الروبوتية لجهة عدد الشرايين التي يستطيع الجرّاح تصحيحها. ويصلح تويودا عادةً 4 شرايين في العملية الواحدة، ويصل العدد أحياناً إلى 8.

ويتساءل تويودا: «حزّ أفضل في الجلد أم إعادة تكوين كاملة للأوعية؛ أيّهما أفضل؟ أعتقد أنّ المريض سيستفيد من الثانية».

يستخدم المستشفى التّابع لجامعة بنسلفانيا و«مركز بريسبيتاريان الطبي» التابع للجامعة الروبوت في 10 في المائة من مجمل 550 جراحة فتح مجرى جانبي للشريان التاجي سنوياً في المنشأتين، وفق ما كشف عنه متحدّث باسم الجامعة.

يشعر الجرّاحون بالقلق أيضاً من التكلفة، حيث يصل سعر الروبوت وحده إلى مليوني دولار، فضلاً عن تكلفة تدريب الجرّاحين ليصبحوا بمهارة سوتر.

رأس تي سلون غاي فريق الجراحة الروبوتية في «جمعية جرّاحي الصدر» لسنوات، وهو مختصٌّ في إصلاح الصمام التاجي ويستخدم الطريقة الآلية في 98 في المائة من الحالات. ولكن عندما يجري جراحة فتح مجرى جانبي للشريان التاجي، يقوم بها بالطريقة التقليدية. وعدّ غاي أنّ الإجراء الذي يستخدمه سوتر «هو نوعٌ مخصص لنخبة النخبة الذين يكرّسون أنفسهم له».

ولكنّ غاي، الذي تدرّب وعمل في فيلادلفيا، متفائل جداً بمستقبل جراحات القلب الروبوتية، ويعتقد أنّ تحسّن هذه التقنية سيحوّلها إلى معيار بسبب ارتفاع طلب الناس عليها. ويلفت إلى أنّ «التعافي السريع والتدخّل الجراحي الطفيف مهمّان بالنسبة للمرضى».

بيانات واعدة

يدرك سوتر أنّ المسار الحالي ينعكس سلباً على عمليات فتح مجاري الشرايين الروبوتية. ولكنّه يعتقد أنّ الجراحة يجب أن تكون خيار المريض المستفيد.

في آخر مؤتمرات «جمعية جرّاحي الصدر»، قدّم أحد طلّاب سوتر، وهو الجرّاح ألكساندر دوكولاري، تحليلاً أولياً لنحو 2400 جراحة روبوتية لفتح مجرى شريان جانبي أجريت في مركز «لانكينو»، وتبيّن أنّ النتائج واعدة.

ووجدت دراسات أخرى أجريت خارج مركز «لانكينو» أيضاً أنّ الإجراء الآلي آمن ورجّحت نتائج إيجابية. ولكنّ لا توجد حتّى اليوم دراسة اعتمدت تجربة عشوائية منتظمة، التي تعدّ المعيار الذهبي في مجال البحث الطبي، لتقييم التقنية الروبوتية في مواجهة الجراحة التقليدية.

في الوقت الحالي، يبدو سوتر مقتنعاً بأنّه في المكان المناسب، في غرفة عملياته، ينظر إلى شاشة تستعرض القلب بالأبعاد الثلاثية وبمقاس أكبر بعشر مرّات، بينما تجري الذراع الروبوتية الجراحة على مسافة أمتار قليلة منه.

* «ذا فيلادلفيا إنكويرير»

- خدمات «تريبيون ميديا»



تعرف على معلم الذكاء الاصطناعي الجديد... الخاص بك

تعرف على معلم الذكاء الاصطناعي الجديد... الخاص بك
TT

تعرف على معلم الذكاء الاصطناعي الجديد... الخاص بك

تعرف على معلم الذكاء الاصطناعي الجديد... الخاص بك

أصبحت تطبيقات المساعدة المعتمدعلى الذكاء الاصطناعي، اليوم، أكثر من مجرد أجهزة للرد الآلي. وفي واقع الأمر، يعدّ كل من «وضع الدراسة» الجديد من «تشات جي بي تي»، و«وضع التعلم» (Learning Mode) من «كلود»، و«التعلم الموجه» (Guided Learning) من «غوغل»، نقلة كبرى على صعيد أدوات المساعدة المعتمدة على الذكاء الاصطناعي؛ فبدلاً من مجرد توفير إجابات، تعمل هذه الأدوات المجانية اليوم بعدّها معلمين شخصيين على مدار الساعة، قادرين على التكيف مع متطلبات المستخدم.

أدوات تعليم ذكية

> «غايد» (Guidde): يعمل على إنشاء دليل إرشادي بالاعتماد على الذكاء الاصطناعي. هل سئمت من شرح الشيء نفسه مرة بعد أخرى لزملائك؟ بإمكان «غايد» ـ الأداة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، معاونتك على شرح أكثر المهام تعقيداً في ثوان معدودة، عبر وثائق مولدة بالذكاء الاصطناعي. وبمقدور هذه الأداة إنجاز ما يأتي:

- تحويل وثائق مملة رتيبة إلى إرشادات بصرية مذهلة.

- توفير وقت ثمين عبر إنشاء ملفات فيديو للتوثيق بسرعة أكبر من المعتاد بمقدار 11 ضعفاً.

- التشارك في، أو ضم، دليل الإرشادات الخاص بك في أي مكان.

ليس عليك سوى النقر على زر «التقاط» في إضافة المتصفح. وسيُنشئ التطبيق تلقائياً أدلة فيديو خطوة بخطوة، مُرفقة بصور وتعليق صوتي ودعوة لاتخاذ إجراء عملي.

أما الجزء الأفضل في الأمر، فهو أن الإضافة مجانية تماماً. عليك تجريب الأمر، فهو مجاني.

أدوات جديدة للدراسة والتعلم

> «وضع الدراسة» (Study Mode) من «تشات جي بي تي».

- ابدأ: اختر «وضع الدراسة» من قائمة « » عند بدء محادثة جديدة. ابدأ بالسياق، ما يعني أنه يتعين عليك أن تخبر «تشات جي بي تي» بما ترغب في تعلمه، ولماذا، وما تعرفه بالفعل. ويبرع هذا النموذج في التكيف مع مستواك وإرشادك خطوة بخطوة.

- التقييم: جربتُ أنماط التعلم بالذكاء الاصطناعي لفهم تعقيدات الاستثمار في رأس المال الاستثماري. في البداية، أغرقني «تشات جي بي تي» في سيل من بالمعلومات، ثم بدا وكأنه لاحظ أنني أغرق، فعدّل من وتيرته. لا بد أنه عاين وجهي العابس ولاحظ ارتباكي.

- ملحوظة: يمكنك استخدام وضع «الدراسة والتعلم» على الجوال ومع «تشات جي بي تي» في المتصفح، لكن لا يمكنك الوصول إليه حالياً في تطبيق سطح المكتب، أو داخل «مشروع تشات جي بي تي».

> «التعلم الموجه» من «جيميناي».

- ابدأ: عليك زيارة g.co/gemini/guidedlearning

- التقييم: اضطلع برنامج «جيميناي» بدور المعلم ببراعة؛ فهو يُجيب بإيجاز عن أسئلتي حول رأس المال المُغامر. على سبيل المثال، حتى الآن:

اختبرني (عبر مثال بسيط)

أنشأ رسماً بيانياً مفيداً

أنشأ لمحة صوتية عامة، على غرار «نوتبوك إل إم»

أنشأ لي صفحة ويب مُخصصة

تشارك معي ببطاقات تعليمية رقمية بسيطة

بوجه عام، تُساعدني الأدوات الملموسة على تصوّر المفاهيم واختبار فهمي. ويستغرق النموذج نحو دقيقة لإنشاء الرسوم البيانية، ووقتاً أطول قليلاً لإنشاء لمحات صوتية عامة. وأعود مراراً إلى هذه المواد لمراجعة الأمور التي تبقى مبهمة أمامي - تفاصيل ضبابية حول التقييم، وجداول رأس المال، والسندات القابلة للتحويل.

«غوغل» و«كلود»

> أدوات تعلم أخرى من «غوغل»:

- يُحوّل برنامج «إلومينيت» Illuminate الأوراق الأكاديمية والأبحاث إلى ملخصات صوتية.

-يُجيب «ليرن أباوت» Learn About على أي استفسار بشكل شامل ومفيد.

- يعدّ «ليرن كوتش جيم» Learning Coach Gem مساعداً يُمكنك الدردشة معه.

- يُقدّم «ليتل لانغويدج ليسنز» Little Language Lessons نصائح سريعة.

- يوفر «ليرن إل إم» LearnLM مجموعة نماذج «غوغل» اللغوية للتعلم، والقائمة على أبحاث تربوية.

> «وضع التعلم» من «كلود»:

-ابدأ: اختر «التعلم» من قائمة الأنماط. في البداية، أصابتني هذه الخطوة بالارتباك، لأن الخيارات الأخرى في تلك القائمة أنماط كتابة.

- التقييم: أسئلة «كلود» القائمة على سيناريوهات - مثل هذه - تدفعني إلى التفكير في مواقف واقعية لممارسة تطبيق ما أتعلمه.

- نصائح: في أثناء التعلم، اطلب من «كلود» إنشاء أدوات - تطبيقات تفاعلية صغيرة - تُساعدك على ممارسة ما تتعلمه. كذلك اطلب تحديات أو دراسات حالة أو اختبارات قصيرة من حين لآخر.

- المميزات: على عكس الحال مع «تشات جي بي تي»، يُمكنك استخدام «وضع التعلم» داخل «مشروعات كلود» (Claude Projects)، ما يُتيح لك الاستفادة من التعلم المُخصّص إلى جانب مستنداتك التي توليت تحميلها والسياق الذي حددته. وبمقدورك تحميل مجموعة كبيرة من الملفات والتقارير وموارد البحث، بينما يتولى «كلود» تقديم دروس لك بخصوصها.

استخدام «وضع التعلم»

> «وضع التعلم» مقابل «وضع الإجابة». عندما تشغل أدوات التعلم لأيٍّ من مساعدي الذكاء الاصطناعي السالفة الذكر، سرعان ما ستلاحظ الفرق.

- تعتمد أوضاع التعلم أسلوب الاستجواب السقراطي، أي طرح الأسئلة، بدلاً من طرح المعلومات.

- تتكيف مع مستوى فهمك.

- تحفزك على طرح ملاحظاتك الخاصة.

- تساعدك على اختبار فهمك عبر اختبارات غير رسمية.

- تُرشدك خطوة بخطوة عبر موضوعات مُعقدة، بدلاً من التسرع في طرح الإجابات عليك.

في وضع التعلم، يتحول هؤلاء المساعدون إلى ما يشبه مُعلمين خصوصيين، بينما في الوضع القياسي، يكونون أقرب إلى موسوعات تفاعلية.

في الواقع، فإن الفرق بين الأمرين كبير. في المرات السابقة التي كنتُ أرغب فيها في تحليل البيانات، كنتُ أطلب الاطلاع على تصورات سريعة. أما في وضع الدراسة، فقد تعلمتُ، من بين أمور أخرى، كيفية استخدام الجداول المحورية بفاعلية أكبر، لأتمكن من تحليل البيانات بنفسي بدقة أكبر؛ بمعنى أنه بدلاً من منحي السمك على طبق من ذهب، تعلمت كيف أصطاد.

> موضوعات يمكن تجريبها في وضع التعلم:

- «كيف تؤثر التعريفات الجمركية على سلاسل التوريد؟» أو «كيف تعمل العملات المشفرة؟».

- «أرشدني إلى أساسيات (مفهوم العلوم/الرياضيات)».

- «ما صور تأثير شكسبير على مقالات مونتين؟».

- «كيف تعمل شركات الاستثمار الخاص؟ ساعدني على فهم الفروق الدقيقة».

أربعة سبل للتعلم باستخدام الذكاء الاصطناعي

1- استيعاب مفهوم أو مهارة معقدة:

- الغرض: موضوعات العمل أو الدراسة التي تحتاج إلى استيعاب جيد، أو مجرد موضوعات تثير الفضول.

- التجربة: أستخدم أوضاع الدراسة المعتمدة على الذكاء الاصطناعي لمراجعة احتمالات اختيار النرد والقطع والأوراق لألعاب الطاولة مثل Qwixx وSplendor وAzul وPoint Salad ولعبة النرد. ويساعدني الذكاء الاصطناعي على التقدم خطوة بخطوة، بينما يتابع مستوى تقدمي، ويتدخل لإبطاء وتيرة تعلمي عندما أشعر بالارتباك. وتروق لي مسألة أنني قادر على طرح أسئلة بسيطة دون الشعور بأي حرج.

2- إشباع الفضول الفكري:

- الغرض: موضوعات تثير فضولك. هدف التعلم بحد ذاته.

- التجربة: بعد قراءة كتاب «ثقة» (Trust)، لهرنان دياز حديثاً، انغمستُ في رحلة بحثٍ شاقةٍ عن أسلوب السرد القصصي المعتمد على قصص داخل قصص، والتعدد الصوتي القائم على سرد قصص من وجهات نظر متعددة، واكتشفتُ روابط جديدة بين مؤلفين مختلفين.

ويختلف هذا الاستكشاف الفكري المحض عن التعلم المُركّز على عمل محدد. إنه مدفوعٌ بالفضول، لا بالضرورات. ويُعجبني أنني أستطيع القفز من موضوعٍ لآخر وقتما أشاء. كما يُمكنني التوقف فجأةً والعودة إلى موضوعٍ ما بعد أيام. وفي هذه الحالات، لا يفقد المساعد زخمه ويستمر كما لو أننا لم نتوقف قط.

3- تعميق الخبرات:

- الغرض: توسيع نطاق فهمك لشيءٍ درسته بالفعل.

- التجربة: أستعين بأساليب التعلم بالذكاء الاصطناعي لاستكشاف الروابط بين الملحنين الكلاسيكيين، الذين قضيتُ حياتي في الاستماع إلى موسيقاهم وعزفها. كما أسعى لتحسين طريقة استخدامي لجداول البيانات لتحليل البيانات. هنا، يعتمد الذكاء الاصطناعي على ما أعرفه بالفعل، بدلاً من البدء من الصفر.

4- تعلم كيفية التعلم:

- الغرض: اكتشاف أفضل طريقة للتعلم. تعلّم عن التعلم، وكيفية تنمية المهارات الذهنية.

- التجربة: أستعين بأساليب تعلم الذكاء الاصطناعي لمعرفة ما يناسبني، وللتعرف أكثر على كيفية تعلم العلوم. أكثر ما أستفيده حتى الآن: اختبارات «جيميناي» والرسوم البيانية، وأسئلة «كلود» المختصرة، وتلخيص شروحات وتوسيعها.

>أبرز ميزات وضع التعلم:

- اختبارات قصيرة مع توفير تقييم فوري على إجاباتي يجبرني على تطبيق ما أتعلمه.

- سيناريوهات يتعين علي تحليلها تُجبرني على التمييز بينها بدقة.

- دراسات حالة واقعية تتطلب مني تلخيص المفاهيم الجديدة.

- طرح أي عدد من الأسئلة البسيطة. طلب أدوات تعليمية ملموسة، مثل الرسوم البيانية، والعروض الصوتية، والبطاقات التعليمية، والجداول.

في إطار عملي بمجال التدريس (في كلية نيومارك للدراسات العليا للصحافة بجامعة مدينة نيويورك)، أخطط لدمج تقييمات دقيقة أكثر شمولاً - اختبارات قصيرة داخل الفصل الدراسي دون درجات باستخدام أدوات مثل «سليدو» (Slido) و«سوكريتيف» (Socrative) لمعاونتي على التحقق من فهم الطلاب ومنحهم مزيداً من الفرص البسيطة لممارسة ما نتعلمه.

>مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تربيون ميديا».


ثورة في علم الجينوم: جينات تكشف مرضاً وأخرى تحرّرنا من القيود

ثورة في علم الجينوم: جينات تكشف مرضاً وأخرى تحرّرنا من القيود
TT

ثورة في علم الجينوم: جينات تكشف مرضاً وأخرى تحرّرنا من القيود

ثورة في علم الجينوم: جينات تكشف مرضاً وأخرى تحرّرنا من القيود

أظهر بحث جديد أن الطريقتين الرئيسيتين لاكتشاف الجينات المرتبطة بالأمراض، ليستا متنافرتين كما كان يُعتقد، بل تكشفان جوانب مختلفة ومكملة من علم الأحياء. ورغم أن كلتا الطريقتين شائعتان في الأبحاث الجينية فإنهما تحددان مجموعات مختلفة من الجينات، وهو ما يحمل آثاراً مهمة على تطوير العلاجات والأدوية.

ولطالما اعتمد العلماء على الجينوم البشري الذي يضم آلاف الجينات التي تصنع البروتينات، إضافة إلى مناطق تنظيمية تتحكم في تشغيل هذه الجينات، بهدف فهم أسباب الاختلاف بين الناس في السمات، مثل الطول ولون الشعر وخطر الإصابة بالأمراض. ومع ذلك فإن معرفة أي الجينات تلعب دوراً حقيقياً في المرض لم تكن مهمة سهلة، إذ غالباً ما تشير الدراسات إلى مئات الجينات المحتملة دون أن يكون واضحاً أيها الأكثر أهمية.

طريقتان .. ورؤيتان مختلفتان

ركزت الدراسة التي نُشرت في مجلة Nature في 3 نوفمبر (تشرين الثاني) 2025 بقيادة باحثين من جامعة نيويورك وجامعة ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو وجامعة طوكيو، على مقارنة الطريقتين الأساسيتين لاكتشاف الجينات المؤثرة في المرض وهما:

> أولاً- دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) التي تحلل ملايين المتغيرات الجينية الشائعة عبر الجينوم لتحديد ما يرتبط منها بالمرض أو السمة المدروسة وتشمل الجينات والمناطق التنظيمية.

> ثانياً- اختبارات العبء الجيني Burden Tests وتركز على المتغيرات النادرة التي تُحدث تغييرات كبيرة في البروتينات وغالباً ما يكون تأثيرها قوياً، لكن انتشارها قليل في السكان.

واعتمد الباحثون على بيانات 209 سمات من بنك البيانات الحيوية البريطاني Biobank الذي يضم سجلات وراثية وصحية لمئات الآلاف من المتطوعين. وتوصلوا إلى نتيجة واضحة هي أن كل طريقة تكشف جانباً مختلفاً من بيولوجيا المرض، وكلتاهما ضرورية ومتكاملة.

> جينات دقيقة أو صورة أشمل. كما وجد الباحثون أن اختبارات العبء غالباً ما تحدد الجينات ذات التأثير المباشر على المرض نفسه، وهي جينات تتأثر بمتغيرات نادرة ذات قوة كبيرة.

أما دراسات الارتباط على مستوى الجينوم فتحدد الجينات ذات التأثيرات الواسعة أي تلك التي تؤثر في عدة سمات أو أمراض في الوقت نفسه. وتعمل هذه الجينات كمفاتيح مركزية تتحكم في عمليات بيولوجية متعددة.

وقال الدكتور حكمانش مصطفوي المؤلف المشارك للدراسة مركز علم الوراثة والجينوم البشري بكلية الطب بجامعة نيويورك: «إن دراستنا توضح سبب اختلاف نتائج الطريقتين، ولماذا يمتلك كل منهما أهمية بيولوجية. كما تمنحنا رؤية أوضح حول كيفية استخدام الاكتشافات الجينية في تطوير الأدوية».

وحول السبب وراء الاختلاف بين نتائج الطريقتين، وجدت الدراسة تفسيراً تطورياً بسيطاً هي أن بعض الجينات لها أدوار واسعة في الجسم. وعندما تتعرض لمتغيرات عنيفة أو ضارة، فقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات كبيرة تقلل فرص البقاء أو التكاثر. ولذلك تُستبعد هذه المتغيرات تدريجياً عبر الانتقاء الطبيعي، مما يجعلها نادرة جداً ومن الصعب اكتشافها في اختبارات العبء.

أما دراسات الارتباط على مستوى الجينوم، فيمكنها اكتشاف المتغيرات التنظيمية الصغيرة التي تؤثر في نشاط الجين دون إتلافه تماماً. هذه المتغيرات أقل ضرراً، وبالتالي أكثر انتشاراً في السكان.

وكشفت الدراسة أيضاً أن القيمة الاحتمالية، وهي مقياس شائع لتحديد قوة النتائج الإحصائية ليست مؤشراً جيداً على أهمية الجين بالنسبة للمرض. وهذا مهم لأن العلماء والشركات تعتمد عليها لترتيب الجينات وتحديد المرشحة منها لتطوير العقاقير.

وقال الباحثون لا يعني هذا أن الدراسات لا توفر معلومات مهمة لكنها لم تُفسَّر سابقاً بطريقة تكشف أهمية الجين البيولوجية.

تطوير علاجات أفضل

يقترح الباحثون أن ترتيب الجينات يجب أن يعتمد على ميزتين أساسيتين: الأهمية، أي مدى تأثير الجين على المرض إذا تعطّل، والخصوصية: أي ما إذا كان الجين يؤثر في مرض واحد فقط أم في عدة سمات مختلفة.

إن فهم هاتين الخاصيتين قد يساعد في تحديد أفضل الأهداف العلاجية وتقليل مخاطر الآثار الجانبية غير المتوقعة.

> دمج البيانات الجينية مع الذكاء الاصطناعي. يعمل الفريق الآن على تطوير أدوات جديدة تستخدم التعلم الآلي لتحسين كيفية تقدير أهمية الجينات. وبدمج نتائج دراسات الارتباط على مستوى الجينوم واختبارات العبء مع الكم الهائل من البيانات المخبرية عن وظائف الجينات يمكن للذكاء الاصطناعي كشف أنماط مشتركة تسهم في تحديد الجينات الأكثر تأثيراً.

وقال الدكتور جيفري سبينس أحد المؤلفين المشاركين من قسم علم الوراثة جامعة ستانفورد الولايات المتحدة الأميركية إن ذلك سيكون ثورياً لأنه سيساعدنا على الاستفادة من بيانات المختبر لفهم الأمراض البشرية وتحديد أهم الجينات المرضية وتسريع تطوير الأدوية.

> صورة أوضح للمرض. تؤكد الدراسة أن فهم الجينات المسببة للأمراض يحتاج إلى استخدام كل من دراسات الارتباط على مستوى الجينوم واختبارات العبء، لأن كل واحدة تُظهر طبقة مختلفة من التعقيد البيولوجي. ومع تطور البيانات والتقنيات يقترب العلماء أكثر من تحديد الجينات الأكثر تأثيراً مما قد يفتح الباب أمام علاجات أكثر دقة وفاعلية.


تكنولوجيا ذكية تتنبأ بإنتاج محطات الطاقة الشمسية مع تغيرات الطقس

ألواح شمسية في مزرعة بمدينة لينيولا شمال شرقي إسبانيا (رويترز)
ألواح شمسية في مزرعة بمدينة لينيولا شمال شرقي إسبانيا (رويترز)
TT

تكنولوجيا ذكية تتنبأ بإنتاج محطات الطاقة الشمسية مع تغيرات الطقس

ألواح شمسية في مزرعة بمدينة لينيولا شمال شرقي إسبانيا (رويترز)
ألواح شمسية في مزرعة بمدينة لينيولا شمال شرقي إسبانيا (رويترز)

تعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة المتجددة التي تسعى الدول لتوسيع استخدامها لتلبية احتياجاتها الكهربائية بشكل مستدام. ومع ذلك، تواجه محطات الطاقة الشمسية تحديات كبيرة بسبب تقلبات الإنتاج الناتجة عن الظروف الجوية المتغيرة، مثل مرور الغيوم أو التغيرات المفاجئة في الإشعاع الشمسي.

مستشعرات متزامنة

وفي هذا السياق، طوّر فريق البحث في جامعة قرطبة الإسبانية نظام مراقبة مبتكر يعرف باسم «Big Brother»، يعتمد على شبكة من المستشعرات المتزامنة لجمع بيانات الطاقة والظروف الجوية بدقة عالية وفي وقت شبه لحظي. ويهدف النظام إلى تحسين فهم أداء محطات الطاقة الشمسية، والتنبؤ بانخفاضات الإنتاج قبل حدوثها، وضمان استقرار الشبكة الكهربائية، بالإضافة إلى دعم القرارات الاقتصادية المتعلقة بتسعير الطاقة، وفق النتائج المنشورة في عدد 17 نوفمبر (تشرين الثاني) من دورية (IEEE Sensors Journal).

وتجمع شبكة من المستشعرات المتزامنة بيانات الطاقة، بما في ذلك التيار والجهد والتردد، بالإضافة إلى بيانات الإشعاع الشمسي، بمعدل تسجيل كل عشر أجزاء من الثانية، مما يوفر رؤية دقيقة لكيفية عمل المحطات في الزمن الحقيقي.

تم اختبار النظام في مراقبة محطتين للطاقة الشمسية تفصل بينهما مسافة 4.1 كيلومتر، ونجح في تسجيل بيانات دقيقة ومزامنة تصل دقتها إلى مستوى الملّي ثانية.

وبفضل توزيع المستشعرات والتزامن بينها، أصبح بالإمكان التنبؤ بانخفاضات أو زيادات إنتاج الطاقة قبل حدوثها، مما يساعد في إدارة الشبكة الكهربائية بكفاءة أكبر. كما تتيح المراقبة اللحظية التدخل السريع عند حدوث أي اضطرابات، وبالتالي تقليل تأثيرها على استقرار الشبكة.

النظام الجديد اختُبر من خلال مراقبة محطتين للطاقة الشمسية ونجح في تسجيل بيانات دقيقة ومتزامنة (جامعة قرطبة)

دقة غير مسبوقة

يقول الدكتور فيكتور بالاريس لوبيز، الباحث المشارك في الدراسة من جامعة قرطبة، إن «النظام يركز على مراقبة محطات الطاقة الشمسية بدقة عالية لجمع أكبر قدر ممكن من المعلومات، مع القدرة على التحرك بسرعة للتعامل مع أي تأثيرات قد تؤثر على استقرار الشبكة الكهربائية».

وأضاف لوبيز لـ«الشرق الأوسط»: النظام الجديد يوفر قدرة غير مسبوقة على جمع البيانات ومزامنتها بين محطات متعددة، مما يؤدي إلى توليد نحو 2 إلى 3 غيغابايت من البيانات شهرياً، وتمكّن هذه البيانات الدقيقة من متابعة أداء المحطات بشكل لحظي، والتنبؤ بالتغيرات المحتملة، وحتى تعديل مزادات تحديد أسعار الطاقة لتكون أكثر واقعية.

وأشار إلى أن النظام يسمح بقياس الفولتية (فرق الجهد الكهربائي) والتيار وتردد الشبكة بدقة عالية، مع مزامنة القياسات بين محطات الطاقة الشمسية حتى مستوى الملّي ثانية، مما يمكّن من رصد التغيرات اللحظية وتحليلها بدقة، سواء كانت ناجمة عن تقلبات الطقس أو اضطرابات الشبكة نفسها.

وأوضح أن النظام يسجل البيانات عالية الدقة، مما يتيح تحديد مصدر أي اضطراب كهربائي، سواء كان محلياً داخل محطة معينة أو ناتجاً عن الشبكة، ومتابعة الأحداث قصيرة المدى، مثل انخفاض الفولتية أو تغييرات التيار الناتجة عن مرور الغيوم، مع إمكانية اتخاذ إجراءات تصحيحية فورية. كما يساعد النظام أيضاً على تنسيق عدة محطات شمسية أو مصادر طاقة موزعة دون التأثير على استقرار الشبكة، مما يعزز دمج الطاقة المتجددة ويخفف التقلبات الناتجة عن الإنتاج المتغير.

أما عن الفروق مع الأنظمة التقليدية، فأوضح لوبيز أن أدوات المراقبة التقليدية غالباً ما تعمل بشكل منفصل، لكل منها إطار عمل وسرعة نقل ودقة توقيت مختلفة، مما يصعّب تحليل البيانات بشكل متزامن. ويجمع النظام الجديد، كل البيانات في تدفق واحد متزامن، مما يسهل المقارنة والتحليل، مع مزامنة دقيقة بين نقاط متعددة دون الاعتماد على الحوسبة السحابية، متجنباً مشكلات التأخير المرتبطة بها.

كما يسمح النظام بتحليل البيانات المخزنة مباشرة وربط الأحداث المختلفة، مع تقديم قياسات دقيقة للتغيرات قصيرة المدى، مثل تقلبات الفولتية أو تأثير الغيوم، وهي قدرة غير متاحة عادة في الأنظمة التقليدية.

ونوه لوبيز بأن النظام يمكنه تخزين البيانات لفترات تصل إلى خمس سنوات، مع إمكانية الوصول إليها لإجراء تحليلات طويلة المدى ودراسات مقارنة، مما يساعد المهندسين على تحسين أداء الشبكة وتخطيط الصيانة المستقبلية بكفاءة.