Analiza zmiennej ekspozycji na pyłki dzięki sztucznej inteligencji
Reakcja alergiczna na pyłki, czyli katar sienny, to odpowiedź układu odpornościowego organizmu na unoszące się w powietrzu drobiny pyłków uwalniane przez drzewa, trawy i chwasty. Typowe objawy to kichanie, zatkany nos, a także łzawienie i swędzenie oczu. Według niedawno przeprowadzonej analizy alergie na pyłki dotykają średnio 18,1 % ludności na świecie, choć odsetek osób cierpiących z ich powodu może wynosić od 1 % do 63 %(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w zależności od kraju. Leczenie zwykle obejmuje przyjmowanie leków, takich jak tabletki przeciwhistaminowe, aerozole do nosa i krople do oczu, a także minimalizowanie narażenia poprzez przebywanie w pomieszczeniach. „Moglibyśmy zaprojektować działania dotyczące zdrowia publicznego, takie jak sadzenie mniejszej liczby drzew wywołujących reakcje alergiczne w przestrzeni miejskiej. Co więcej, walka ze zmianą klimatu pomoże w zwalczaniu inwazyjnych gatunków alergenów, takie jak ambrozja”, mówi Marloes Eeftens(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynatorka projektu EPOCHAL z ramienia Szwajcarskiego Instytutu Zdrowia Tropikalnego i Publicznego(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Aby jednak monitorować skutki tych działań, musimy najpierw poznać lepiej zagadnienie zmiennych poziomów pyłków i ich wpływu na zdrowie”.
Modelowanie pyłków oparte na sztucznej inteligencji
Aby ocenić, w jaki sposób zmiana klimatu wpływa na poziom pyłków w powietrzu, zespół projektu EPOCHAL, finansowany ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wykorzystał sztuczną inteligencję (SI) do analizy danych z 14 szwajcarskich stacji pomiaru stężeń pyłków, biorąc pod uwagę 12 najistotniejszych gatunków na przestrzeni 31 lat. „Odkryliśmy, że w przypadku wielu roślin wywołujących alergię w Szwajcarii sezon pylenia rozpoczyna się wcześniej, trwa dłużej i jest bardziej intensywny niż dotychczas”, zauważa Eeftens. Aby zbadać narażenie na pyłki w czasie, zespół projektu EPOCHAL wykorzystał sztuczną inteligencję w celu odtworzenia dziennych poziomów pyłków i ich dystrybucji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) dla pyłków pięciu roślin rosnących w Szwajcarii - olchy, jesionu, brzozy, trawy i leszczyny, sięgając aż do 2002 roku.
Modelowanie zmian w czasie i przestrzeni
Badacze wykorzystali algorytmy uczenia maszynowego do modelowania zmian stężenia pyłków w przestrzeni i w czasie, wykorzystując w tym celu stężenia zarejestrowane przez stacje pomiarowe w połączeniu ze zmiennymi predykcyjnymi wpływającymi na emisję, dyspersję i osiadanie, takie jak wysokość, sposób użytkowania gruntów, rozmieszczenie gatunków, temperatura i roślinność. Aby ustalić, która metoda uczenia maszynowego będzie najskuteczniejsza, zespół porównał sześć algorytmów(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Metoda nazwana Random Forest(odnośnik otworzy się w nowym oknie) okazała się najlepszym wyborem. „Choć znaliśmy poziomy pyłków ustalane przy pomocy stacji pomiarowych, poziomy ekspozycji w innych miejscach były oparte na prognozach. Nasz model był w stanie wskazać rodzaje pyłków, na które narażone były domy w całej Szwajcarii w określone dni, a także obliczyć ich stężenia na przestrzeni 20 lat”, dodaje Eeftens.
Wpływ pyłku na społeczności i jednostki
Opracowany przez zespół projektu EPOCHAL zbiór danych dotyczący historycznych poziomów pyłków w całej Szwajcarii umożliwił porównanie narażenia z danymi zdrowotnymi w celu zbadania wpływu na społeczności i jednostki. W obserwacjach rozciągniętych na cały sezon pylenia wzięło udział około 410 ochotników. Pyłki, na które byli narażeni uczestnicy badania, zostały wskazane przez modele opracowane w ramach projektu EPOCHAL, a reakcje alergiczne zostały zmierzone za pomocą testów skórnych. Nasilenie objawów uczestnicy zgłaszali samodzielnie. Badacze mierzyli także inne wskaźniki zdrowotne, w tym funkcje poznawcze, czynność płuc, ciśnienie krwi i jakość snu w sezonie pylenia. „Odkryliśmy, że nie istnieje próg, poniżej którego można całkowicie uniknąć objawów alergii. Gdy stężenie przekroczy 50-80 pyłków na metr sześcienny, poziom objawów jest zazwyczaj umiarkowany lub ciężki, niezależnie od dokładnego wskaźnika”, wyjaśnia Eeftens. Analizy wykazały już związek między stężeniem pyłków i ciśnieniem krwi(odnośnik otworzy się w nowym oknie) mierzonym w dłuższym ujęciu czasowym. Nie stwierdzono z kolei istotnego związku między pyłkami i umiejętnościami poznawczymi(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Wszystkie te informacje są istotne z punktu widzenia systemów ostrzegania przed pyłkami, które informują alergików o zagrożeniu, na które są narażeni”, dodaje Eeftens.
