US-Ingenieure demonstrieren, dass ein auf Atemmustern basierendes neuronales Netzwerk die neurologische Erkrankung Parkinson erkennen kann, bevor typische Symptome auftreten.
Künstliche Intelligenz erkennt die Parkinson-Krankheit anhand von Atemmustern während des Schlafs.
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Allein in Deutschland sind 400.000 Patienten von der Parkinson-Krankheit betroffen, Tendenz steigend. Die Krankheit verursacht Zittern, langsame Bewegungen und steife Muskeln. In vielen Fällen wird sie erst bei typischen motorischen Symptomen erkannt. Die Parkinson-Krankheit kann nur durch eine komplexe Diagnostik erkannt werden. Im Laufe der Jahre haben Forscher nach Möglichkeiten gesucht, die Krankheit mithilfe von CSF und bildgebenden Verfahren zu erkennen. Diese Methoden sind jedoch schmerzhaft, invasiv, teuer und können nur in spezialisierten medizinischen Zentren mit einer neurologischen Abteilung durchgeführt werden. Sie sind nicht für die Routinediagnostik oder die engmaschige Überwachung von Patienten geeignet.
Eine frühzeitige Diagnose könnte jedoch die Lebensqualität der Betroffenen verbessern. Darüber hinaus suchen Prüfärzte für klinische Studien nach Patienten, die sich in einem frühen Krankheitsverlauf befinden. Es wird erwartet, dass hier leichter medikamentös eingegriffen werden kann als in späteren Stadien. Jetzt gibt es neue Hoffnung auf Fortschritte. Denn Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts, haben gezeigt, dass die Parkinson-Krankheit einfach durch das Ablesen des Atemmusters einer Person erkannt werden kann – dies ist mit einer billigen, schnellen und nicht-invasiven Methode möglich. Bewährt sich die Technologie im klinischen Einsatz, könnten viele Menschen in kurzer Zeit gescreent werden.
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Parkinson-Diagnose: Arbeiten mit einem neuronalen Netz
MIT-Ingenieure haben ein neuronales Netzwerk entwickelt, eine Reihe miteinander verbundener Algorithmen, die die Funktionsweise des menschlichen Gehirns nachahmen. Sie können anhand von Atemmustern während des Schlafs feststellen, ob jemand an der Parkinson-Krankheit leidet. Dass die Krankheit auch nachts den Schlaf stört, ist seit langem bekannt. Eine Verbindung zwischen der Parkinson-Krankheit und der Atmung wurde von Dr. James Parkinson bereits 1817, ohne dass dies jedoch mehr technisch genutzt wurde.
Das von den MIT-Forschern gebildete neuronale Netz ist auch in der Lage, den Schweregrad der Parkinson-Krankheit zu erkennen und den Krankheitsverlauf im Laufe der Zeit zu verfolgen: So lässt sich abschätzen, ob Therapien noch wirken oder ob eine Umstellung erforderlich ist.
MIT-Forscher haben gezeigt, dass die Bewertung der Parkinson-Krankheit durch künstliche Intelligenz jede Nacht zu Hause durchgeführt werden kann, während die Person schläft und ohne den Körper zu berühren. Zu diesem Zweck entwickelte das Team ein Gerät, das wie ein drahtloser Router aussieht, aber anders funktioniert: Es sendet Funksignale aus, analysiert ihre Reflexionen in der Umgebung und extrahiert die Atemmuster der Person ohne physischen Kontakt Das Atemsignal wird dann in das neuronale Netzwerk eingespeist, um die Parkinson-Krankheit passiv zu beurteilen, ohne dass der Patient etwas tun muss. Der Algorithmus wurde an 7.687 Personen getestet, darunter 757 Parkinson-Patienten.
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Neue Möglichkeiten für die klinische Forschung bei der Parkinson-Krankheit
Auch die Forschung könnte von dem neuronalen Netz profitieren. Studien haben gezeigt, dass respiratorische Symptome der Parkinson-Krankheit Jahre vor motorischen Symptomen auftreten. Dies bietet die Möglichkeit, neue klinische Studien mit Personen zu starten, die noch keine motorischen Symptome aufweisen. „Wir haben in diesem Jahrhundert keine therapeutischen Fortschritte gemacht, was darauf hindeutet, dass unsere derzeitigen Ansätze zur Bewertung neuer Behandlungen suboptimal sind“, sagt Ray Dorsey, Professor für Neurologie an der University of Rochester und Spezialist für die Parkinson-Krankheit. Sie können sich vorstellen, die neue Therapie als Nachkontrolle einzusetzen.
Die MIT-Forschungsgruppe sieht in ihrem Tool auch große Chancen, die Parkinson-Krankheit außerhalb von Großstädten mit guter Neurologie zu erkennen, beispielsweise in ländlichen Gebieten. Schlägt das neuronale Netz Alarm, ist noch eine umfangreiche Fachdiagnostik erforderlich.
Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der University of Rochester, der Mayo Clinic und dem Massachusetts General Hospital durchgeführt. Die Forscher erhielten finanzielle Unterstützung von den National Institutes of Health, der National Science Foundation und der Michael J. Fox Foundation.
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