حلقة بيومترية قابلة للارتداء بمعالج ذكاء اصطناعي ومجس شم مصغر لتحليل روائح الأيض في جسم الإنسان

استنشاق الصحة من بشرتك

يعلم معظمنا أن أجسادنا تصدر روائح، لكن قلة يدركون أن هذه الرائحة اليومية تحمل تيارًا غنيًا من المعلومات حول كيفية تناولنا للطعام، وحركتنا، وعمليات الأيض لدينا. تُقدّم هذه الدراسة فكرة مستقبلية لكنها عملية: حلقة صغيرة يمكنها «شم» آثار كيميائية ضعيفة من بشرتك ومع مساعدة الذكاء الاصطناعي ترجمتها إلى دلائل حول نظامك الغذائي ونشاطك البدني، فاتحةً طريقًا جديدًا نحو تتبع الصحة بسهولة.

اللغة الخفية لرائحة الجسم

تتكوّن رائحة جسم الإنسان من العديد من الجزيئات الهوائية الدقيقة المسماة المركبات العضوية المتطايرة التي تنبعث من جلدنا وتنفسنا وسوائل أخرى. هذه الجزيئات هي بقايا عن تفاعلات لا تحصى تحول وجباتنا إلى طاقة ومواد بناء. يعلم الأطباء أن بعض هذه المركبات قد تشير إلى أمراض مثل سرطان الرئة واضطرابات الأيض أو الأمراض المزمنة، لكن القياس الروتيني عادة يتطلب أجهزة مختبرية كبيرة ومكلفة. يجادل المؤلفون بأنه إذا أمكننا بدلاً من ذلك مراقبة هذه المركبات بشكل مستمر ولطيف من الجلد، فقد نوجه اختيارات الطعام والتمارين اليومية قبل تطور الأمراض الخطيرة.

من أدوات المختبر الضخمة إلى حلقة ذكية

في المستشفيات والمختبرات البحثية، المعيار الذهبي لقراءة هذه الإشارات العطرية هو تقنية تسمى كروماتوغرافيا الغاز مع مطيافية الكتلة، وهي قوية لكنها كبيرة وبطيئة وبعيدة عن إمكانية الارتداء. لتصغير هذه القدرة على إصبع، بنى الفريق «أنفًا إلكترونيًا» مصغرًا على رقاقة ودمجوه في حلقة بيومترية مرنة. تقع الرقاقة فوق الجلد مباشرةً حيث تلتقي بالهباء الخافت للمركبات المنبعثة من الغدد العرقية والأوعية الدموية. تعمل طبقات من هياكل أكسيد معدني دقيقة مرتبة في شكل خلية نحل ثلاثية الأبعاد كمجموعة من الأنوف الحساسة، كل واحدة تتفاعل بطريقة مختلفة بعض الشيء مع الغازات المتنوعة. معًا تولّد استجابة نمطية معقدة يمكن إرسالها لاسلكيًا إلى هاتف أو كمبيوتر للتحليل.

تعليم الذكاء الاصطناعي قراءة أنماط الرائحة

لأن الحلقة لا تقيس الكيميائيات الفردية واحدًا تلو الآخر، تبدو البيانات الخام أكثر كطيفات موجية متغيرة بدلًا من قائمة مكونات. لذلك لجأ الباحثون إلى التعلم الآلي لفك معنى هذه الأنماط. دربوا أولاً نماذج للتعرف على سبع غازات اختبار شائعة عند مستويات منخفضة للغاية، حتى مع تغيّر الرطوبة. ثم تعلمت شبكة متقدمة، صممت لتولي الانتباه لكيفية تباين الإشارات عبر شبكة المجسات الصغيرة ومع الزمن، تقدير تراكيز الغازات بدقة تكاد تطابق القيم المعروفة. أظهر ذلك أن الشريحة المصغرة يمكن أن تحل محل إعدادات استشعار أكبر بكثير دون فقدان الدقة.

تتبع ما تأكله وكيف تتحرك

جاء الاختبار الحقيقي عندما ارتدى متطوعون أصحاء الحلقة خلال الأنشطة اليومية. تناول المشاركون ستة أنواع شائعة من الطعام أو الشراب: فواكه، مكسرات، لحم، كربوهيدرات مثل الأرز، خضروات، وكحول. لكل وجبة، التقطت الحلقة أنماط رائحة الجلد المتغيرة مع الزمن. ظهرت تواقيع مميزة، مثل استجابة قوية ومتأخرة بعد تناول الكحول، وذروة مزدوجة بعد اللحوم تعكس تحلل البروتين خطوة بخطوة، وتغيرات سريعة بعد الكربوهيدرات عالية المؤشر الغلايسيمي. باستخدام نموذج تصنيف بسيط، تعرف النظام بشكل صحيح على أي من الأطعمة الستة تم تناولها بدقة تقارب 98 بالمئة. كما تتبعت الحلقة ثلاث حالات بدنية — الاسترخاء، التمرين، والتعافي بعده — بملاحظة كيفية ارتفاع أنماط الرائحة أثناء النشاط وانخفاضها مع عودة الجسم إلى الراحة.

تحويل الرائحة إلى إرشاد صحي شخصي

للتحقق من أن هذه القراءات على الجسم تعكس كيمياء أيضية حقيقية، قارن الفريق بينها وبين قياسات مخبرية تقليدية لرائحة الجلد باستخدام كروماتوغرافيا الغاز ومطيافية الكتلة. أكدت الاختلافات في الطيف المخبري قبل وبعد الأكل أن الغذاء يعيد تشكيل السحابة الكيميائية حول الجسم فعلاً. أخيرًا، استخدم الباحثون شبكتهم العصبية المتقدمة لتقدير كمية الكحول التي شربها المتطوعون، محققين تطابقًا وثيقًا بين التنبؤ والحجم الفعلي. ببساطة، تُظهر العمل أن حلقة صغيرة مريحة يمكنها استشعار الإشارات الكيميائية الخافتة للجسم باستمرار، والتمييز بين وجبات ومستويات نشاط مختلفة، وحتى تقدير كمية ما تم تناوله. وبينما لا تزال نموذجًا بحثيًا، تشير هذه الحلقة البيومترية المدعومة بالذكاء الاصطناعي إلى مستقبل قد يصبح فيه فحص عادات النظام الغذائي والصحة الأيضية سهلاً مثل إلقاء نظرة على جهاز قابل للارتداء بدلاً من زيارة مختبر.

الاستشهاد: Ye, W., Ding, R., Wang, C. et al. Miniaturized olfactory sensor chip-based AI-wearable biometric ring for human body metabolic odor analysis. Nat Commun 17, 4541 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70746-z

الكلمات المفتاحية: مجس قابل للارتداء, رائحة الجسم, الأيض, مراقبة النظام الغذائي, الذكاء الاصطناعي