在罗纳德·里根加州大学洛杉矶分校医学中心，一名帕金森病患者坐在一台电脑前，手中握着一支笔。但这不是普通的笔。你不能用它在纸上写字。相反，它装有一种特殊的磁性墨水，可以记录电流流，肉眼无法察觉，但充满了神经学意义。
患者绘制螺旋、环形和字母“M-E-G-P-E-N”，同时笔将每个手腕的抖动和手的颤抖转化为电信号。这些信息被传输到一个神经网络（一种AI），该网络经过训练，可以检测运动中的细微不规则性，这些不规则性可能揭示出世界上增长最快的脑部疾病之一。
全球有超过1000万人受到帕金森病的影响，且没有明确的测试方法，这种疾病往往在症状变得无法忽视之前一直隐藏。加州大学洛杉矶分校的研究团队认为他们可能已经开发出了一些真正伟大的东西：一种3D打印的笔，低成本且无需电源，可能能够通过患者的笔迹早期检测帕金森病。
笔尖内的科学
这支笔结合了两种技术：柔软的磁弹性笔尖和充满铁磁流体的墨水储液器——微小的磁性颗粒悬浮在液体中。当用户书写时，笔尖在压力下变形，改变其磁场。同时，铁磁流体墨水旋转和移动。这两种运动通过物理原理——磁弹性效应，在笔筒内的线圈中产生电压。
因此，每一次抽搐和颤抖都会产生独特的电信号。
“我们正在利用书写产生的电信号来量化书写过程中的震颤，”研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校生物工程师陈俊教授告诉《卫报》。“它非常经济有效，完全适用于低收入国家。”
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笔尖由硅胶和钕颗粒制成，像一个灵活的磁铁。墨水不需要标记表面。它只需要移动——无论笔是否压在纸上还是在空中挥动。研究人员认为这是关键。
虽然传统的数字笔主要跟踪轨迹，但这里重要的是运动。根据陈俊实验室的博士生、该研究的主要作者Gary Chen的说法，这种新设备捕捉到的是震颤本身，而不仅仅是笔迹。
训练笔识别疾病
在一个试点研究中，研究人员招募了16人——13名健康参与者和3名帕金森病患者。每个人使用这支笔完成了三个任务：绘制波浪线、螺旋和书写六个大写字母（M-E-G-P-E-N）。他们在纸上和空中都进行了这些任务。
团队将生成的电信号输入几种类型的机器学习模型。卷积神经网络表现最佳，正确区分帕金森病患者和健康参与者的准确率为96.22%。
这个AI并没有读取页面上的形状。它分析的是信号特征——峰值、峰顶和微小的不规则性，这些都对应于震颤、僵硬和缓慢。帕金森病患者表现出独特的模式，包括在书写过程中出现的“小峰值”，而在健康对照组中没有看到。
重要的是，即使数据集很小，该模型也显示出了前景。这表明未来可能会通过众包数据来改进诊断。
私密的家庭测试？
诊断笔的设计考虑到了大规模生产。从3D打印外壳到可更换的墨水储液器，所有部件都可以低成本制造。其组件对温度、汗水和长时间使用具有抵抗力。即使在10,000次书写循环后，信号仍然稳定。
它也非常注重隐私。与基于视频的动作跟踪系统不同，这支笔不会记录可识别的数据。没有名字，没有面孔——只有手部动作。
帕金森病英国研究通信经理贝基·琼斯欢迎这一发展。“尽管这项研究规模很小，仅涉及三名帕金森病患者，但它提供了一种新的诊断方法，通过测量笔迹的变化，这可能是早期症状，”她告诉《卫报》。
这并不意味着它是完美的。作者承认有限制。当前研究的样本量很小，所有帕金森病患者在其主导手中都有运动症状。尚不清楚这支笔在症状较轻微或因其他状况引起的震颤的人身上会如何工作。进一步的研究需要解决语言差异、惯用手以及区分帕金森病与其他类似疾病的能力。
“我们认为这是一种非常有前景的技术，”Gary Chen告诉《Spectrum IEE》。“但正如我们在论文中指出的那样，我们目前的研究有一些不足之处。”
尽管如此，其影响范围广泛。团队设想未来的笔内置数据存储和无线传输到智能手机或云数据库。这可能实现长期、被动监测运动症状——不仅用于诊断，还用于跟踪疾病进展或治疗效果。
随着全球帕金森病人口预计到2050年翻一番，像这样的低成本和易获取的工具可能变得至关重要。世界卫生组织警告说，神经系统护理方面的差距正在扩大。在一些低收入国家，每10万人中只有0.03名神经科医生。
“在大量人群中进行帕金森病诊断的定量、低成本和易获取的方法仍然是未满足的临床需求，”作者写道。
这种诊断笔可以帮助填补这一空白——不是用墨水，而是用每次颤抖的笔触捕获的数据。
研究结果发表在《自然化学工程》杂志上。
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