خوارزمية تقييم المخاطر السمعية للبشر

خوارزمية تقييم المخاطر السمعية للبشر (AHAAH) هي نموذج رياضي للجهاز السمعي البشري ، يحسب المخاطر التي يتعرض لها السمع البشري نتيجة التعرض لأصوات نبضية ، مثل إطلاق النار وانفتاح الوسائد الهوائية. وقد طُوّرت هذه الخوارزمية من قِبل مختبر أبحاث الجيش الأمريكي (ARL) لتقييم فعالية أجهزة حماية السمع ، وللمساعدة في تصميم الآلات والأسلحة لجعلها أكثر أمانًا للمستخدم. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

في عام 2015، أصبح مؤشر AHAAH أحد المقياسين اللذين تستخدمهما وزارة الدفاع الأمريكية للموافقة على المعيار العسكري (MIL-STD) 1474E لتنظيم الحد الأقصى لمستوى التعرض للضوضاء الصادرة من الأنظمة العسكرية. ^{[ 3 ] [ 4 ]} كما تستخدمه جمعية مهندسي السيارات لحساب مخاطر ضوضاء الوسائد الهوائية، ويستخدمه جيش الدفاع الإسرائيلي لتحليل ضوضاء الصدمات. ^{[ 5 ]}

يحدث فقدان السمع الناجم عن الضوضاء عادةً عندما يتعرض الجهاز السمعي لارتفاع في عتبات السمع نتيجة التعرض لمستويات عالية من الضوضاء، وهي ظاهرة تُعرف باسم انزياح العتبة المؤقت ، ولا تعود إلى مستويات العتبة الطبيعية. ^{[ 6 ]} يختلف الضرر الذي يلحق بالجهاز السمعي تبعًا لنوع الضوضاء المُتعرض لها. فعلى عكس ضوضاء الخلفية المستمرة التي غالبًا ما توجد في البيئات الصناعية، تُظهر الضوضاء النبضية الناتجة عن الأسلحة النارية مستوى ضغط مرتفعًا جدًا خلال فترة زمنية قصيرة جدًا، عادةً ما تكون بضعة أجزاء من الألف من الثانية. ونتيجةً لذلك، تتراوح مستويات الذروة في المجال القريب، والمقاسة بالقرب من فوهة السلاح، من 150  ديسيبل للأسلحة المحمولة إلى أكثر من 180  ديسيبل للمدفعية الثقيلة . وبالمقارنة، تم قياس مستويات ذروة الضوضاء في البيئات الصناعية لتتراوح بين 113 و120  ديسيبل. ^{[ 7 ]}

لحماية الجنود من فقدان السمع، التزم الجيش الأمريكي بالمعيار العسكري (MIL-STD) 1474 ، الذي حدد الحد الأقصى لمستويات الضوضاء المسموح بها للأنظمة العسكرية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ومع ذلك، أظهرت دراسات أجريت على متطوعين بشريين أن المعيار المستخدم منذ عام 1997، وهو MIL-STD-1474D، بالغ في تقدير المخاطر المرتبطة بالتعرض للضوضاء النبضية. ^{[ 10 ]} ويُعتقد أن الحماية المفرطة اللاحقة للأذنين، بناءً على تقييمات غير دقيقة لمخاطر فقدان السمع، قد تعيق التواصل اللفظي بين الأفراد العسكريين في ساحة المعركة وتقلل من إدراكهم للوضع المحيط. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وقد طُوّر مؤشر AHAAH لتقييم مخاطر الضوضاء النبضية على الأذن البشرية بدقة أكبر، وذلك من خلال دمج الخصائص الصوتية والفسيولوجية للأذن في تحليله، والتي لم تُؤخذ في الحسبان في المقاييس السابقة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} تم تضمين نموذج AHAAH وطريقة الطاقة الموزونة A المكافئة، L _Aeq100ms ، في MIL-STD-1474E المعدل. ^{[ 4 ]}

طُوِّر نموذج AHAAH لأول مرة عام 1987 من قِبَل مختبر الهندسة البشرية التابع للجيش الأمريكي (HEL)، والذي أصبح لاحقًا جزءًا من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي (ARL) ، وذلك لدراسة التفاعلات المعقدة بين الأذن الخارجية والوسطى والداخلية ، وفهم آلية فقدان السمع على مستوى القوقعة . [ ^{1 ] [ 12 ] [ 13 ] صُمِّم} نموذج AHAAH في الأصل ليكون نموذجًا كهروصوتيًا للأذن، وكان نتاجًا لتجارب عديدة للتعرض للضوضاء، والتي بدورها وجّهت مسار الدراسات اللاحقة. ^{[ 13 ]} استُخدمت في النسخة الأولى من نموذج AHAAH بياناتٌ متوفرة مسبقًا عن أذن القط، نظرًا لأن العديد من الخصائص والقيم الفيزيولوجية والصوتية للقط كانت معروفة بشكل أفضل في ذلك الوقت مقارنةً بالبشر، ما سمح بدراستها بشكل مباشر. إضافةً إلى ذلك، كانت آذان الثدييات متشابهة بدرجة كافية بحيث لم يتطلب الأمر سوى تعديلات طفيفة على النموذج ليتناسب مع تشريح الأذن البشرية. ^{[ 11 ]} بحلول عام 1997، تم تعديل نموذج AHAAH ليصبح نموذجًا بشريًا يأخذ في الحسبان بنية الأذن البشرية. وفي السنوات اللاحقة، خضع نموذج AHAAH لعدة اختبارات تحقق، بما في ذلك دراسات ألبوكيرك، التي كانت من أكبر الدراسات المبكرة حول تعرض الإنسان للضوضاء النبضية، وأدت إلى إنشاء قاعدة بيانات منهجية ضخمة توثق آثار الضوضاء النبضية على الإنسان. ^{[ 10 ] [ 13 ]} ووفقًا لمطور النموذج، فقد أظهرت نتائج هذه الدراسات أن نموذج AHAAH كان صحيحًا في 95% من الاختبارات التي أجريت مع استخدام وسائل حماية السمع، وفي 96% من الحالات في جميع الاختبارات. في المقابل، تبين أن طريقة MIL-STD-1474D للتنبؤ بالمخاطر كانت صحيحة بنسبة 38% فقط في اختبارات السمع المحمي. ^{[ 13 ]}

يُقدّر نموذج AHAAH المخاطر السمعية للأصوات النبضية من خلال نمذجة انتقالها باستخدام نموذج كهروصوتي أحادي البعد للأذن الخارجية والوسطى والداخلية. يطبق تحليل حركة الموجات هذا طريقة ديناميكيات الموجات وينتزل-كرامرز-بريلوين (WKB) . يتم تقدير حركة قاعدة الركاب، ويُستخدم تقريب WKB لتقدير حركات الغشاء القاعدي بافتراض نموذج خطي لشبكة القوقعة. يُخرج نموذج AHAAH وحدات المخاطر السمعية (ARUs)، والتي ترتبط بمجموع الإزاحات الصاعدة للغشاء القاعدي في 23 موقعًا مختلفًا. تُسجل قيمة ARU لأي شكل موجي على أنها أعلى قيمة ARU في أي من المواقع الـ 23. وفقًا للمطورين، الحد الموصى به للتعرض المهني اليومي هو 200 ARU، بينما يُتوقع أن تُسبب أي جرعة تزيد عن 500 ARU فقدانًا دائمًا للسمع. ^{[ 2 ] [ 14 ]}

يتألف نموذج AHAAH من مجموعة من الخوارزميات المُثبتة التي تُراعي ظروف التعرض المختلفة التي تؤثر على خطر حدوث خلل دائم في السمع، مثل تخفيف الضوضاء الناتج عن أجهزة حماية السمع، وانقباضات عضلات الأذن الوسطى الانعكاسية التي تحدث قبل بدء التحفيز المُستقبل، والتي تُقلل من الضرر الذي يلحق بالأذن استعدادًا للصوت. ^{[ 3 ] [ 15 ]} على عكس نماذج الضرر السابقة القائمة على الطاقة، استطاع نموذج AHAAH التنبؤ بدقة بنطاق الضرر من خلال تحليل اعتماد الموجة الصوتية على الضغط والزمن . ومن خلال هذه الطريقة، تمكن النموذج من تحديد سبب كون مستوى منخفض من الطاقة عند مدخل قناة الأذن أكثر خطورة من مستوى أعلى من الطاقة عند مدخل قناة الأذن المحمية بواقيات الأذن . اكتشف النموذج أن المستوى الأول يتميز باعتماد مختلف على الضغط والزمن عن المستوى الثاني، مما يسمح بنقل الطاقة عبر الأذن الوسطى بكفاءة أكبر. ^{[ 16 ]} لا تُعد اعتلالات عضلة الأذن الوسطى شائعة بين الأشخاص ذوي السمع الطبيعي، حيث تبلغ نسبة انتشارها 95% مع فاصل ثقة 95%. ^{[ 17 ] [ 18 ]} حدث التنشيط المبكر لـ MEMC في 2 من أصل 50 مشاركًا في دراسة العد التنازلي. ^{[ 19 ]}

اعتمادًا على وجود وسائل حماية السمع، وما إذا كان الصوت قد صدر بشكل غير متوقع، ومصدره - سواء في المجال الحر، أو عند مدخل قناة الأذن، أو عند طبلة الأذن - يمكن لنموذج AHAAH التنبؤ بالإزاحات في الأذن الداخلية نظرًا لمطابقته لبنية الأذن البشرية. ^{[ 15 ]} في حالة المجال الحر، يفترض النموذج أن الصوت يصل مباشرةً عبر قناة الأذن، ويحسب تغير الضغط عند طبلة الأذن، مع الأخذ في الاعتبار الطاقة المنتقلة إلى عظمة الركاب كمدخل للأذن الداخلية. أما بالنسبة للموجات المسجلة عند مدخل قناة الأذن أو عند طبلة الأذن، فيأخذ النموذج في الحسبان نقطة المنشأ الصحيحة للصوت في مخطط الدائرة. تُحسب إزاحة الغشاء القاعدي من إزاحة عظمة الركاب، ثم تُحدد وحدة AHU بقياس الإزاحة الكلية للموجات في 23 موقعًا مختلفًا على عضو كورتي في الأذن الداخلية. ^{[ 20 ]} يمكن عرض تأثير الصوت النبضي لإنشاء تمثيل مرئي لعملية التلف أثناء حدوثها. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

أُجريت دراسات ألبوكيرك في تسعينيات القرن الماضي برعاية قيادة البحوث الطبية والمواد التابعة للجيش الأمريكي ، وكانت عبارة عن سلسلة من الدراسات على متطوعين بشريين هدفت إلى وضع حدود جديدة لمستوى التعرض المقبول لضوضاء النبضات الناتجة عن الأسلحة الثقيلة. نُفذت الدراسات في قاعدة كيركلاند الجوية في ألبوكيرك، نيو مكسيكو، حيث تعرض المشاركون لأربعة أنماط مختلفة من الضغط الزمني عند سبعة مستويات شدة مختلفة وبتتابعات وتسلسلات متنوعة. شكلت البيانات التي جُمعت من هذه الدراسات قاعدة بيانات ضخمة استُخدمت لتقييم أداء نموذج AHAAH. ^{[ 7 ] [ 21 ]} تضمنت التجربة التعرض لأشكال موجية نبضية في مجال حر ناتجة عن شحنات متفجرة على مسافات 5 و3 و1 متر مع ارتداء واقيات للأذن. أُجري التعرض لمسافة 5 أمتار بشحنة مكشوفة معلقة فوق الأرض، وارتدى المشاركون واقيات أذن غير معدلة مع توجيه الأذن اليسرى نحو الشحنة. تكررت تجربة التعرض لمسافة 5 أمتار باستخدام واقي أذن مُعدّل يتضمن سلسلة من الأنابيب الصغيرة المُدخلة عبر وسادة واقي الأذن لمحاكاة واقي أذن غير مُحكم. وفي تجربتي التعرض لمسافة 3 أمتار ومتر واحد، استُخدم واقي الأذن المُعدّل نفسه، وفُجّرت الشحنات عند قاعدة أنبوب مُوجّه عموديًا. وُضعت الأذن اليسرى للمشاركين على بُعد متر واحد أو 3 أمتار من حافة الأنبوب، وعلى بُعد بوصة واحدة (2.54  سم) أو 3 بوصات (7.62  سم) فوق الحافة العلوية للأنبوب. أما حالة التعرض الرابعة فكانت في بيئة صدى صوتية، حيث جلس المشاركون في نهاية أنبوب فولاذي طوله 3 أمتار يفتح على ملجأ خرساني. وفُجّرت الشحنات المتفجرة خارج نهاية الأنبوب. وقد رُوعيت عوامل مُختلفة، مثل بُعد أذن المشارك عن الأنبوب، وخصائص الصوت في البيئة المُحيطة، ومستوى حماية السمع، وعدد النبضات، مما أدى إلى إنشاء مصفوفة من حالات التعرض المُحتملة. استُخدم مخطط السمع قبل وبعد كل تعرض لقياس عتبة السمع والتغير الناتج فيها. وقد قُيست بصمات الضغط الزمني باستخدام مقاييس غير مُعالجة لجميع ظروف التعرض. ^{[ 7 ]} وفقًا لتحليل دراسات ألبوكيرك الذي أجراه مُطور برنامج AHAAH، تنبأ نموذج AHAAH بالمخاطر الصوتية بدقة في 95% من الحالات، بينما كانت دقة معيار MIL-STD-1474D في 38% فقط، ودقة طريقة الطاقة الموزونة A في 25% فقط. ومع اختلاف اختيار حدود التعرض، يُمكن أن تُحقق الطاقة الموزونة A المُكافئة دقة مُماثلة. ^{[ 22 ]} بالنسبة للطرق الثلاث، نشأت الأخطاء بشكل رئيسي من مُبالغة الطرق في تقدير خطورة الخطر. ^{[ 14 ]}

يُعدّ نموذج AHAAH موضع جدل فيما يتعلق باستخدامه لتقييم المخاطر الصوتية. ^{[ 3 ]} ففي عام 2003، خلصت دراسة بحثية أجراها حلف شمال الأطلسي (الناتو) حول الضوضاء النبضية إلى أن نموذج AHAAH قدّم نتائج غير مرضية في العديد من ظروف التعرض، واحتوى التقرير الختامي على آراء متضاربة من عدة خبراء. ^{[ 23 ]} كما خلصت مراجعة أجراها المعهد الأمريكي للعلوم البيولوجية (AIBS) عام 2010 إلى أنه على الرغم من أن نموذج AHAAH كان خطوة في الاتجاه الصحيح من حيث دمج عوامل مثل انقباضات عضلات الأذن الوسطى في تحليله، إلا أنه لم يكن قد تم تطويره والتحقق من صحته بشكل كامل بعد. ووفقًا للمعهد الأمريكي للعلوم البيولوجية، فقد كانت هناك مخاوف بشأن ما إذا كان نموذج AHAAH قادرًا على محاكاة المخاطر الصوتية لبيئة عسكرية معقدة ذات ضوضاء مستمرة من آلات وأسلحة مختلفة يتم إنتاجها في وقت واحد. ^{[ 24 ]} في عام 2012، أشار تقرير صادر عن المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) إلى أن انكماشات نموذج MEM التي استخدمها نموذج AHAAH لتبرير زيادة مستويات الضوضاء القصوى الموصى بها لم تكن موجودة لدى عدد كافٍ من الأشخاص لتطبيقها كشكل صالح للتحليل. كما أشار التقرير إلى أن نموذج AHAAH لم يأخذ في الحسبان بشكل كافٍ آثار التعرض الثانوي، مثل الرماة المجاورين وموظفي السلامة في ميدان الرماية. ^{[ 22 ] [ 25 ]} وحتى عام 2015، لم يتبنَّ مجتمع حلف شمال الأطلسي (الناتو) نموذج AHAAH. ^{[ 7 ]}

موّل كلٌّ من المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) ومختبرات أبحاث الطب الجوي التابعة للجيش الأمريكي أبحاثًا لدراسة التكييف الكلاسيكي الذي يُعدّ جزءًا لا يتجزأ من نموذج AHAAH المُنبَّه. في وضع التنبيه، يُفترض أن عضلات الأذن الوسطى تكون منقبضة بالفعل. أما في وضع عدم التنبيه، فتنقبض عضلات الأذن الوسطى بعد أن يتجاوز صوتٌ عالٍ عتبة 134  ديسيبل تقريبًا من ذروة مستوى ضغط الصوت. وقد فحصت العديد من الدراسات التي أُجريت بين عامي 2014 و2020 مدى انتشار وموثوقية استجابة MEMC. ووفقًا لمسحٍ وطنيٍّ تمثيليٍّ شمل أكثر من 15000 شخص، كان انتشار المنعكس الصوتي المُقاس لدى الأشخاص الذين تتراوح أعمارهم بين 18 و30 عامًا أقل من 90%. ^{[ 17 ]} وخلصت دراسةٌ لاحقةٌ قيّمت بدقة 285 شخصًا يتمتعون بسمعٍ طبيعيٍّ إلى أن "المنعكسات الصوتية ليست منتشرةً على نطاقٍ واسع، ولا ينبغي إدراجها في معايير مخاطر الضرر والتقييمات الصحية للضوضاء النبضية". ^{[ 18 ]} إن الانقباض الاستباقي المُدمج في استجابة التنبيه غير موثوقٍ به لدى الأشخاص ذوي السمع الطبيعي. ^{[ 26 ] [ 19 ]} أظهرت دراسة التعرض للذخيرة الحية التي أجراها مختبر أبحاث الجيش الأمريكي (USAARL) أن التنشيط المبكر لعضلة MEMC لم يكن موجودًا لدى 18 من أصل 19 مشاركًا خلال الاختبارات التي أُجريت باستخدام بندقية M4 وذخيرة حية. ووفقًا لفرضية مطوري برنامج AHAAH، فإن الرماة ذوي الخبرة سيُظهرون انقباضًا مبكرًا يسبق سحب الزناد. وقد ثبت أن هذه الفرضية غير شائعة بما يكفي لتبرير إدراج عضلة MEMC في معايير مخاطر الضرر اللاحقة. ^{[ 27 ]}