دانشمندان به تازگی یک نشانگر بیومتریک جدید را معرفی کرده‌اند: الگوی تنفس از طریق بینی. طبق پژوهشی تازه، جریان هوای بینی می‌تواند افراد را با دقت ۹۶.۸ درصد شناسایی کند؛ دقتی که با فناوری تشخیص صدا برابری می‌کند.
منبع این کشف مهم
این کشف توسط تیمی از محققان در مؤسسه علوم وایزمن انجام شده است. آن‌ها دستگاهی پوشیدنی طراحی کردند که الگوی تنفس بینی را به‌مدت ۲۴ ساعت ردیابی می‌کند. برخلاف آزمایش‌های کوتاه بالینی، این روش ویژگی‌های بلندمدت تنفس را ثبت می‌کند.
دیدگاه محققان
نوآم سوبل، یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: «شاید تصور شود که تنفس از هر زاویه‌ای اندازه‌گیری و تحلیل شده، اما ما به روشی کاملاً جدید برای بررسی تنفس دست پیدا کردیم. ما این الگوها را بازتابی از فعالیت مغز می‌دانیم.»
جزئیات مطالعه
این پژوهش با حضور ۹۷ شرکت‌کننده انجام شد و ۲۴ ویژگی خاص از الگوهای تنفس آن‌ها استخراج گردید. هر یک از این ویژگی‌ها طی ماه‌ها و حتی تا دو سال ثابت باقی ماندند؛ موضوعی که نشان می‌دهد این الگوها از شبکه تنفسی مغز نشأت می‌گیرند.
دستگاه پوشیدنی برای ردیابی الگوی تنفس
طراحی دستگاه
شرکت‌کنندگان یک دستگاه سیلیکونی را که دور گردن نصب می‌شد به‌مدت یک روز کامل به همراه داشتند. این دستگاه به یک کانولای بینی متصل بود که برای هر سوراخ بینی لوله جداگانه‌ای داشت. این تنظیمات امکان ثبت هر دم و بازدم را به صورت لحظه‌ای فراهم می‌کرد و تفاوت‌های جریان هوا و مکث‌های زمانی را اندازه‌گیری می‌نمود.
نقش هوش مصنوعی
محققان از مدل‌های هوش مصنوعی برای تحلیل ویژگی‌هایی مانند حجم دم و چرخه‌های تنفسی استفاده کردند. جالب است بدانید تنها با یک ساعت داده‌های تنفسی، می‌توانستند حدود ۴۳ درصد از شرکت‌کنندگان را حتی در حالت خواب شناسایی کنند. هنگام مقایسه داده‌های چندماهه، دقت شناسایی در حالت بیداری ۹۵ درصد و در خواب بیش از ۷۰ درصد بود.
بررسی عوامل مزاحم
برای اطمینان از این‌که حرکت بدن در نتایج تأثیری ندارد، سنسورهای موقعیت‌یاب نیز در دستگاه تعبیه شده بود. این سنسورها فقط با دقت ۳۷ درصد قادر به شناسایی افراد بودند که بسیار کمتر از دقت الگوهای تنفسی است.
ارتباط الگوهای تنفسی با سلامت روان
تنفس و ویژگی‌های بدنی و روانی
این مطالعه فقط برای شناسایی افراد نبود. الگوهای تنفسی اطلاعاتی درباره وضعیت جسمی و روانی افراد نیز ارائه می‌داد. برای مثال، تنفس افراد می‌توانست شاخص توده بدنی (BMI)، کیفیت خواب و وضعیت سلامت روان آن‌ها را بازتاب دهد. کسانی که امتیاز اضطراب بالاتری داشتند، در هنگام خواب دم‌های کوتاه‌تر و مکث‌های متغیرتری داشتند.
نکته مهم این است که همه شرکت‌کنندگان از نظر پزشکی سالم بودند و هیچ بیماری تشخیص داده شده‌ای نداشتند. با این حال، تنفس آن‌ها تفاوت‌هایی را نشان داد که با افسردگی، اضطراب و حتی ویژگی‌های مرتبط با اوتیسم مرتبط بود.
احتمال درمان از طریق تغییر الگوی تنفس
سوبل می‌گوید: «شاید نحوه تنفس شما باعث اضطراب یا افسردگی شود. اگر این موضوع درست باشد، ممکن است بتوانیم با تغییر نحوه تنفس، این شرایط را نیز تغییر دهیم.»
تحلیل آماری پیشرفته
محققان از روشی به نام تحلیل همبستگی متعارف (Canonical Correlation Analysis) استفاده کردند که نشان داد رابطه قوی بین الگوهای تنفس و ویژگی‌های روانی وجود دارد. ضریب همبستگی در چندین آزمایش ۰.۸۷ بود که رقم بالایی محسوب می‌شود.
پیش‌بینی شاخص‌های جسمی و روانی با تنفس
پیش‌بینی BMI با داده‌های تنفسی
با استفاده از داده‌های جریان هوای بینی، محققان توانستند شاخص توده بدنی (BMI) را با دقت بالا پیش‌بینی کنند. حجم جزر و مدی (Tidal Volume) و حجم بازدم در هنگام خواب با BMI بالاتر مرتبط بود. حتی تفاوت جریان هوا بین سوراخ‌های بینی نیز در پیش‌بینی BMI نقش داشت که نشان می‌دهد کنترل تنفس از سوی مغز اهمیت ویژه‌ای دارد.
ارتباط تنفس با افسردگی، اضطراب و اوتیسم
در افرادی با امتیاز افسردگی بالاتر، جریان هوای سریع‌تر و مکث‌های طولانی‌تر در بازدم هنگام بیداری مشاهده شد. برای اضطراب، دم‌های کوتاه‌تر و تنفس ناپایدارتر در خواب ثبت گردید. افرادی که ویژگی‌های اوتیسم در آن‌ها بارزتر بود، در خواب مکث‌های طولانی‌تر در دم و الگوهای تنفسی متغیرتری داشتند.
بازتاب حالات و ویژگی‌های شخصیتی
این یافته‌ها نشان می‌دهد که الگوهای تنفسی می‌توانند هم وضعیت‌های لحظه‌ای مانند استرس یا خواب، و هم ویژگی‌های ثابت شخصیتی مانند ترکیب بدنی یا گرایش‌های احساسی را بازتاب دهند.
چالش‌ها و مسیر آینده
محدودیت‌های دستگاه فعلی
با وجود پتانسیل بالا، این دستگاه محدودیت‌هایی دارد. کانولای بینی معمولاً با بیماری در ذهن افراد تداعی می‌شود و ممکن است استفاده روزمره از آن را دشوار کند. همچنین این دستگاه تنفس دهانی را ثبت نمی‌کند و گاهی در خواب جابجا می‌شود. محققان قصد دارند طراحی این دستگاه را بهبود دهند.
آینده امیدوارکننده
با این وجود، آینده این فناوری روشن است. شاید روزی بتوان با دستگاهی که الگوی تنفس بینی را می‌خواند، سلامت روان و جسم را پایش کرد و حتی درمان‌های مؤثر ارائه داد. سوبل می‌گوید: «ما قطعاً می‌خواهیم فراتر از تشخیص برویم و به درمان برسیم و نسبت به این موضوع محتاطانه خوش‌بین هستیم.»
در حال حاضر، محققان می‌توانند افراد را بر اساس الگوی تنفس شناسایی کنند. به زودی شاید بتوان با تغییر نحوه تنفس، کیفیت زندگی افراد را بهبود بخشید.
این مطالعه در مجله Current Biology منتشر شده است.
