Ca de fiecare dată atunci când vine vorba despre o realizare științifică românească, suntem foarte entuziasmați să v-o aducem sub priviri. Ca atare, nu putem decât să fim foarte satisfăcuți și mândri să anunțăm în premieră o descoperire de anvergură a cercetătorilor români despre care am mai scris și cu alte ocazii în paginile revistei noastre.
Este vorba despre Dr. Paul A. Gagniuc și despre Acad. Constantin Ionescu-Tîrgoviște, cărora li s-a alăturat de această dată și Dr. Elvira Gagniun și care au publicat recent un articol cu un factor de impact științific de 8,2 (clasat ca importanță în zona roșie, top 1 conform UEFISCDI), pe marginea celei mai recente realizări a lor, realizarea primei hărți a activității electrice a pielii la om. De la domnul profesor Cristian Român ați mai aflat de-a lungul timpului câte ceva despre importanța acestui factor de impact și care este însemnătatea lui pe plan mondial.
Așa cum bine se cunoaște, pielea este cel mai mare organ al omului, având o importanță majoră și numeroase funcții, de la rolul fizic de protecție față de mediu și până la rolul imunitar pe care îl joacă în relația cu diferiți agenți patogeni. Însă, pielea are o proprietate mai puțin cunoscută publicul larg și anume un efect electric de suprafață imperceptibil în condițiile obișnuite ale vieții de zi cu zi. Conform lucrării „The electrical activity map of the human skin indicates strong differences between normal and diabetic individuals”, publicată de cercetătorii noștri în jurnalul științitic Biosensors and Bioelectronics, acest efect poate spune foarte multe despre „motorul” metabolic al omului. Prin acest mecanism putem înțelege ciclicitatea și intensitatea diferențială cu care numeroase tipuri de celulele din corpul uman consumă nutrienții din mediu. Acest consum de nutrienți se oglindește apoi în distribuirea ionilor din țesuturi și asftel, mai departe, în această activitate electrică măsurată în studiul despre care vorbim.Pe scurt, lucrarea românească prezintă prima hartă a activității electrice a pielii la omul clinic sănătos, dar și prima hartă a activității electrice a pielii la subiecții diabetici.
Pe scurt, lucrarea românească prezintă prima hartă a activității electrice a pielii la omul clinic sănătos, dar și prima hartă a activității electrice a pielii la subiecții diabetici.
Harta globală a activitătii electrice a pielii caracteristică subiecților sănătoși clinic (stânga) și harta globală a activității electrice a pielii caracteristică subiecților diabetici (dreapta).
Academicianul Constantin Ionescu-Tîrgovițște ne spune că această comparație între cele două hărti a permis surprinderea și identificarea diferențelor care există între activitatea electrică a pielii la subiecți normali și la cei diabetici. De aici, cei trei oameni de știință români au concluzionat faptul că această diferențăî poate fi folosită atât pentru un diagnostic personalizat, cât și pentru predicția debutului diabetului zaharat. Dr. Elvira Gagniuc ne declar că un astfel de experiment poate fi de importanță majoră nu numai pentru diabetul zaharat, dar și pentru alte boli care au implicații în lanțul metabolic. De aici se naște noțiunea de semnatură metabolică, ce poate fi unică pentru fiecare individ și care poate avea implicații în multe domenii.
Pentru construirea acestor hărți, cercetătorii românii au folosit 200 de senzori dispuși pe suprafața unei veste special concepute: 100 de senzori pe partea din spate a toraceluii 100 de senzori pe partea din față a toracelui.
Ne întrebăm, fireșteă cum se face că acest experiment nu a fost efectuat în trecut. La această întrebare, Dr. Paul A. Gagniuc ne-a povestit în linii mari despre o metodă denumită «Photon-pixel coupling», inventată de domnia sa în cadrul acestui proiect. În lipsa acestei metode, măsurătorile simultane nu ar fi fost posibile sau ar fi fost necesare unități hardware extrem de scumpe și de complicate. Am ramas și noi surprinși de simplitatea și de utilitatea acestei metode întrucat ea reprezintă un artificiu care permite, atenție, citirea unui număr foarte mare de semnale electrice simultan.
Însă, haideți să vedem în ce constă metoda «Photon-Pixel coupling» inventată de cercetătorii noștri. Cele 200 de semnale livrate de la senzorii aferenți au fost pozitionate într-o matrice de 10×20 LED-uri. Acestă matrice a fost apoi observată de un detector, adică de o cameră foto. Aici apare și componenta ingenioasă a metodei. Pentru că maginile surprinse de cameră sunt apoi procesate în timp real în felul următor: valoarea pixelului din centrul fiecarul LED dintr-o asfel de imagine este convertită în procentaj. Cu cat LED-ul este mai luminos, cu atât pixelul din centrul acestuia va tinde spre alb pur (100%). Cu cât semnalul electric este mai slab, cu atât pixelul din centrul LED-ului respectiv va tinde către negru pur (0%). Astfel, valorile procentuale obțiunute transmitspun cu exactitate cât de intensă este activitatea electrică în zona pielii corespunzătoare fiecÎrui senzor. În final, fiecare imagine venită de la detector este automat convertită într-o matrice/hartă de 10×20 numere. Însă, despre metoda «Photon-pixel coupling» cu siguranță vom vorbi pe larg în articole viitoare, fiind vorba despre o descoperire și, până la urmă, despre o invenție extrem de importantă și de promițătoare nu doar pentru medicină dar și pentru alte domenii, cum ar fi fizica.
Pentru experiment, cercetătorii români au alcătuit două grupuri a câte 18 subiecți diabetici și 18 subiecți clinic sănătoși (36 subiecți în total). Fiecare dintre subiecți a îmbrăcat, pe rând, vesta cu senzori timp de câte o oră. În acest interval de timp, fiecărui subiect i s-au admistrat 75 de grame de glucoză în două reprize (au băut glucoză dizolvată în apă): o doză inițială de 37,5 grame la 15 minute după îmbrăcarea vestei și o a doua doză de cantitate identică la 30 de minute după îmbrăcarea vestei
Conform celor spuse de Acad. C. Ionescu-Tîrgoviște, acest tip de administrare ar avea denumirea de «test glicemic scurt», deoarece este vorba despre un test clasic în medicină și durează, în mod normal, în jur de două ore. Motivul pentru care a fost necesar ca cei 36 de subiecți să consume glucoză a fost acela de a observa răspunsul metabolic. Într-un spital, cu un astfel de test, se monitorizează fluctuațiile glicemiei și în mod special felul în care nivelul glicemic scade în cele două ore după administrarea glucozei.
Monitorizarea cu ajutorul celor 200 de senzori a dus la un numar total de 5ăă2 milioane de masurători, care au compus apoi 25.920 de hărți. Jumătate dintre aceste hărți au format o hartă globală a activității electrice a pielii la subiecții normali, iar cealaltă jumătate a dus la compilarea hărții globale la subiecții diabetici.
Astfel, la nivel global, rezultatele cercetătorilor români arată c activitatea electrică a pielii este la un nivel de 37% la indivizii sănătoși clinic și de 58% la subiecți diabetici. Însă, aceste procentaje generice sunt mai puțin relevante, comparativ cu pattern-ul pe care îl descrie o asfel de hartă. Cercetătorii noștri au luat în considerare entropia acestor hărți de activitate electrică a pielii și au ajuns astfel la concluzia că distribuirea activității electrice (ceea ce arată harta) a subiecților clinic sănătosi indică o valoare foarte mică a entropiei în comparație cu subiecții diabetici.
În termeni simpli, cele două hărți sunt văzute ca două limite, unde o limită reprezintă normalul, iar cealaltă limită reprezintă starea de boală. O hartă nouă, provenită de la un pacient necunoscut, este apoi comparată/analizată în funcție de aceste două norme, în vederea stabilirii diagnosticului pentru o eventuală predicție a declanșării diabetului zaharat. Acest tip de analiză se face fie cu ajutorul rețelelor neurale, fie cu alți algoritmi matematici.
Conform Dr. Paul A. Gagniuc, merită să-i menționăm și pe studenții săi, déjà ingineri respectabili, care au contribuit semnificativ la construcția dispozitivului de măsurare a activității electrice a pielii umane.
«La Facultatea de Inginerie în Limbi Străine, cursurile universitare de Bioinformatics le țin pentru studenți din anii terminali, atunci când ei sunt deja formati și suficient de maturi să înțeleagă importanța unei cercetări științifice. Așadar, am decis să-i implic și să-i coordonez pe tinerii studenți în proiecte științifice de pionierat, așa cum este și cel de față. acesta. Țin neapărat să vorbesc despre ei pentru că au ales să facă front comun cu mine pentru realizarea fizică a dispozitivului. Țin minte și astăzi cât de misterios li s-a părut proiectul celor trei colaboratori foarte dragi mie: Ștefan, Alexandru și Anas. Dintr-o altă direcție vine un alt fost student de-al meu, Ing. Șerban Radu Gabriel, cu care am o colaborare legată de modelări 3D, încă din 2014. Colaborarea s-a produs online, el fiind plecat în Canada. Am mai implicat în acest proiect și un student care a terminat facultatea anul acesta, Ing. Bogdan Taloi, care a avut sarcina de a adapta rețelele neurale de la Google acestui proiect», ne spune Dr. Paul A. Gagniuc.
În încheierea acstei relatări pe scurt, trebuie să remarcăm salturile științifice inclusiv pe plan internațional ale Facultății de Inginerie în Limbi Străine a Universității Politehnice din București, desigur, prin profesioniștii extraordinari pe care îi formează. Rămâne ca în articole viitoare să acoperim pe larg subiectul, întrucât Dr. Paul A. Gagniuc ne-a captat atenția cu o avalanșă de informații care nu poate fi cu ușurință transmisă în rândurile unui singur materia.
