Künstliche Intellienz Implantierbare Netzwerke: Mit KI Krankheiten im Körper erkennen
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24. August 2021, 10:55 Uhr
An der TU Dresden entwickeln Forschende einen Chip, der den Herzrythmus überwacht und Stunden vor dem Auftreten eines Herzinfarktes eine Warnung abgibt, so dass der Patient oder die Patientin noch rechtzeitig zum Arzt gehen können, um schlimmere Schäden zu verhindern. Warum der Chip noch vielseitiger und innovativer ist, als herkömmliche Herzschrittmacher erklärt Maike zum Hoff.
An der TU Dresden wird an der Zukunft der Medizin geforscht. Hier vereinen sich Elektronik und Biologie miteinander und gehen völlig neue Wege. Die Arbeit von Matteo Cucchi, die unter der Leitung von Professor Karl Leo und Doktor Hans Kleemann aus dem Dresdner Fachbereich für Optoelektronik entstanden ist, macht das deutlich. Cucchi und sein Team haben einen Chip entwickelt, der etwa so klein wie ein Staubkorn und mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist. Aber der Chip hat es in sich, denn er kann gesunde von kranken Körpersignalen unterscheiden.
Wie ein Chip im Körper lernt
Und das in einer ganz neuen Dimension, erklärt Matteo Cucchi im Gespräch mit MDR WISSEN. Bisher habe sich die Forschung darauf fokussiert, Sensoren in den Körper zu geben, die nur "ja" oder "nein" zu etwas sagen können. Also zum Beispiel: Zucker im Blut – ja oder nein, und vielleicht auch noch wie viel. Doch, das, was jetzt in Dresden erfunden wurde, geht Cucchi zufolge weiter: Es wird maschinelles Lernen benutzt – und das sei das wirklich Neue daran: "Mit maschinellem Lernen können bestimmte Muster über einen Zeitraum erkannt werden. Also Ereignisse, die sich wiederholen, oder sich wiederholen sollten. Und wenn sie es nicht tun, dann läuft etwas falsch."
Eigentlich braucht es dazu immer einen Computer. Aber einen Computer zu implantieren ist kein wirklich attraktives Unterfangen. Die Lösung kommt dem Forscher zufolge aus dem Körper selbst. "Wir haben eine andere Form von maschinellem Lernen benutzt: Reservoir Computing, Speicherrechnen. Das heißt, dass wir uns vom menschlichen Gehirn haben inspirieren lassen. Denn auch das Gehirn ist eine Art Computer, der in unserem Körper arbeitet. Und wir haben diese Technologie genutzt und auf unseren Sensor angewendet."
Dresdner Chip lernt im Körper mit KI
Der klitzekleine implantierbare Sensor, entwickelt an der TU Dresden, arbeitet also mit einem Netzwerk, das den Windungen unseres Gehirns nachempfunden ist. Er ist klein, flexibel und aus einem neuen bio-kompatiblem Material. Nicht wie Elektronik sonst so ist, hart oder aus Silicon. Und er ist lernfähig. Zumindest in seiner Trainingsphase – denn da lernt der Sensor mithilfe von künstlicher Intelligenz, was gewünscht ist und was nicht. Also zum Beispiel welche Herzrhythmen gut und welche schlecht sind, oder welcher Blutdruck gut und welcher schlecht ist. Er könnte Wunden im Körper nach Operationen überwachen oder elektrische Impulse an Nerven – die Anwendungsgebiete sind weit. Der Sensor erkennt falsche oder kranke Muster, sendet einen Alarm an den Arzt oder Patienten und ohne aufwändige Analysen kann die Diagnose gestellt werden. Das spart Zeit, Geld und Energie. Energie auch im wahrsten Sinne des Wortes, sagt Cucchi: "Wir haben den Energieverbrauch gemessen und dabei haben wir gesehen, dass er ungefähr zehn Mal weniger Energie braucht als ein Herzschrittmacher. Also es ist viel energie-effizienter."
Jetzt müssen noch Ethikfragen geklärt werden
Das Forscherteam aus Dresden wird sich nach der erfolgreichen Testphase im nächsten Schritt mit Medizinern und Ethikern zusammensetzen, um den Sensor weiter zu testen und zu entwickeln. Matteo Cucchi ist davon überzeugt, dass mit diesem Ansatz in Zukunft auch weitere intelligente Systeme entwickelt werden können, die das Gesundheitswesen reformieren werden.
Die Forschungsergebnisse von Cucchi und seinen Mitforschenden wurden in der Fachzeitschrift "Science Advances" veröffentlicht.
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