Physiological signals help AI predict post-concussion headaches and fatigue

脳震盪を起こした人の中には、その後頭痛や倦怠感に悩まされる人もいます。頭痛と倦怠感は一貫したパターンに従い、症状が現れる丸一日前に患者に警告するために使用できる可能性があります。

パターンは、特定の種類の人工知能モデルが検出して学習できるほど明確です。最近の研究では、モデルが中程度から重度の頭痛と疲労を、症状が発生する 24 時間前に中程度から良好な精度で予測できたことが示されています。

これからの一日をコントロールする

「脳震盪後の持続的な問題に苦しんでいる人に、翌日に経験する症状がランダムに発生するわけではないという強い兆候があります」と、NTNU コンピューターサイエンス学部およびノルウェー頭痛研究センター (NorHead) の研究者であるアントニオス ダネラキス氏は述べています。

「症状は特定のパターンに従うことがあります。AI は、時間をかけて収集した生理学的データをトレーニングすることで、これらのパターンを学習できます。」

最初の脳震盪から長い間、症状、特に頭痛や倦怠感に悩まされる人もいます。 NorHead の研究者の研究の目標は、このグループの症状を予測することでした。症状が差し迫っていることを警告するスマートウォッチやアプリを介して通知を受信できる可能性により、患者は翌日の準備と計画をより効果的に行うことができる可能性があります。

このようなツールは、これらの患者を治療する医療専門家にも貴重な情報を提供するでしょう。

心拍リズム、皮膚、筋肉からのデータ

この研究を推進した研究者らは、健康アプリと生理学的データの使用を、機械学習の「基礎モデル」と呼ばれるものと組み合わせました。これらは、大規模なデータセットでトレーニングされた多用途の大規模モデルであり、さまざまな分野にわたる特殊なタスクに適応できます。 Claude や ChatGPT などの大規模な言語モデルは、基礎モデルに基づいて構築されています。

持続的な脳震盪後の症状を抱える合計20人がこの研究に参加し、セント・オラヴス病院のRehabiliteringsklinikken（リハビリテーション科）で実施された。

全員が 28 日間毎日症状を記録しました。また、心拍数、皮膚温度、肩甲骨、後頭部、脊椎を繋ぐ僧帽筋の緊張を測定するセッションも毎日実施した。

中程度からかなり高い精度

データに基づいて、研究者らは基礎モデルとより伝統的な機械学習モデルをテストし、今後 24 時間で中等度から重度の頭痛が発生する日をどの程度正確に予測できるかを確認しました。基礎モデルが最良の結果をもたらしました。研究者らはその後、このモデルを使用して、疲労を特徴とする日を予測する実現可能性を調査しました。

ここで重要な点は、症状の進行は時間の経過とともに測定すると明らかになるパターンに従っているということです。これは、AI の助けを借りて、疲労や頭痛が差し迫っているときに警告するツールを作成できる可能性があることを意味します。

社会生活への影響

脳震盪を起こし、その後長期にわたる合併症に苦しむ人の割合は不明です。最近の研究では、5人に1人以上が受傷後3か月以上経過してから症状を経験していることが示されています。これは、日常の健康状態や、活動、仕事、学校に参加する能力に影響を与える可能性があります。

「私たちのデータによると、ノルウェーでは毎年 17,000 人以上が軽度の頭部外傷で救急診療所や病院の救急外来を訪れています。一般開業医やすぐに医師の診察を求めない個人への相談も含めると、実際の数字は少なくとも 2 倍になる可能性があります」とダネラキス氏は言います。

さらなるテストが必要

脳震盪後に苦しんでいる人々に変化をもたらす解決策が利用可能になるまでには時間がかかるでしょう。 Danelakis 氏は、この分野は十分に研究されていないと指摘しています。この研究は、研究データに基づくいわゆる「方法論的概念実証」であり、本質的には、研究がアイデアが実現可能かどうかをテストしただけであることを意味します。

重要な次のステップには、より大規模な検査と、患者を長期にわたって監視するさらなる研究が含まれます。アラート配信テクノロジーはデジタル ツールに統合する必要があります。これは、ユーザーがシステムの効果を確実に実感できるように、ユーザーと協力して行う必要があります。法的規制、プライバシー、データのセキュリティも考慮する必要があります。

新しいアプリ、新しい勉強

「これらの次のステップはすべて、学際的な協力を必要とします。私たちの研究はその方向への初期のステップです」とダネラキス氏は言います。

NorHead の研究者たちは、研究で使用したアプリをアップデートしました。彼らは、2027 年の春に更新されたアプリのバージョンを使用した新しい研究を開始する予定であり、間もなく参加者の募集を開始する予定です。目標は、脳震盪後の症状が続く少なくとも 200 人の患者からデータを収集することです。