Forschungspreistr?ger der Universit?t Paderborn stellen Ergebnisse vor
Durch eine kostengünstige und zuverl?ssige Echtzeitprognose das Leben von Menschen mit Epilepsie verbessern – das ist ein Ziel von Wissenschaftler*innen an der Universit?t Paderborn. Zwar gibt es bereits Notfallmedikamente und Sicherheitsvorkehrungen, deren Anwendung wird durch die Unvorhersehbarkeit epileptischer Anf?lle allerdings erschwert. Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger, Neurologe und Leiter des Sportmedizinischen Instituts, und Dr.-Ing. Tanuj Hasija vom Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik arbeiten deshalb bereits seit einigen Jahren an einem neuartigen System für ein am Handgelenk getragenes Ger?t, ein sogenanntes Wearable, das Anfallsprognosen in Echtzeit abgibt. Für ihr Vorhaben wurden die Wissenschaftler 2023 mit dem Forschungspreis der Universit?t Paderborn ausgezeichnet. Mit den F?rdermitteln konnten sie u. a. bereits einen ersten Prototyp erstellen, den die Wissenschaftler nun bei einem Vortrag im Rathaus Paderborn der ?ffentlichkeit pr?sentiert haben.
Vorhersehbarkeit von Anf?llen
Weltweit leiden mehr als 50 Millionen Menschen an Epilepsien. Zu den Hauptsymptomen geh?ren epileptische Anf?lle, die h?ufig mit Bewusstlosigkeit und Verletzungen einhergehen – in einigen F?llen sogar mit t?dlichem Ausgang. Besonders die Ungewissheit, wann der n?chste Anfall kommt, geh?rt zu den herausforderndsten Aspekten der Krankheit. ?Wenn es m?glich ist, epileptische Anf?lle vorherzusehen, kann schneller z. B. mit bestimmten Medikamenten reagiert werden, die einen Anfall und damit auch m?gliche Verletzungen verhindern“, erkl?rt Prof. Reinsberger. Bisher erforschte Methoden basieren meistens auf der invasiven Elektroenzephalographie (EEG), bei der kleine Ger?te in die Gehirne der Patient*innen implantiert werden. Diese invasive Methode geht oftmals mit deutlichen Nebenwirkungen einher.
Algorithmus zur Echtzeitprognose
Bei einem Anfall kommt es zu einer gleichzeitigen Aktivit?t von verschiedenen Nervenzellen, durch die bei jeder betroffenen Personen andere Bereiche des Gehirns aktiviert werden. Das macht diese Krankheit besonders herausfordernd für die Forschung. Deshalb konzentrieren sich die Paderborner Wissenschaftler auf Wearables, die verschiedene Parameter des autonomen Nervensystems (ANS) wie z. B. Herzfrequenz, Schwei?aktivit?t und Atemfrequenz aufzeichnen. Dazu nutzen sie bereits entwickelte Sensoren, die etwa in Smart Watches zu finden sind. Im Prozess der Optimierung dieser wertete das Forschungsteam Daten von 450 Patient*innen des Boston Children's Hospital aus. ?Uns ist dabei aufgefallen, dass bestimmte ANS-Werte schon mindestens eine halbe Stunde vorher stark und sichtbar ansteigen. Das konnten wir nutzen, um daraus einen Algorithmus zu entwickeln, der diese Daten verarbeitet und erkennt, wenn sich ein Anfall anbahnt“, sagt Dr.-Ing. Hasija.
Die Wissenschaftler und ihr Team haben einen KI?basierten Algorithmus entwickelt, der multimodale ANS?Signale in Patientendaten analysiert, um Muster zu erkennen, die h?ufig vor Anf?llen auftreten. Das System kann Zeitr?ume mit hoher Wahrscheinlichkeit für einen Anfall in den kommenden Minuten identifizieren. In Kombination mit erkl?rbarer KI liefert der Algorithmus zudem nachvollziehbare Erkl?rungen für seine Vorhersagen – so k?nnen Patientinnen und Patienten sowie ?rztinnen und ?rzte nachvollziehen, warum eine Warnung ausgegeben wurde, und rechtzeitig informierte Ma?nahmen ergreifen. Auf einer Plattform mit einem Live-Dashboard k?nnen Patient*innen die aufgezeichneten Daten einsehen.
Im Gegensatz zu bestehenden Methoden, die auf EEG‘s basieren, sind Wearables nicht nur in ihrer Handhabung einfacher, sondern auch deutlich kostengünstiger und nicht stigmatisierend, da sie am Handgelenk optisch kaum von anderen Ger?ten wie z. B. Smart Watches zu unterscheiden sind.
Zukünftige Entwicklung
Die beteiligten Wissenschaftler*innen konnten in den vergangenen Jahren mithilfe des Forschungspreises deutliche Fortschritte erzielen. Einen technischen Prototypen konnten die Anwesenden der Ergebnispr?sentation im Rathaus, zu denen auch einige Angeh?rige von an Epilepsie erkrankten Personen geh?rten, bereits aus n?chster N?he begutachten und sogar selbst ausprobieren. ?Im n?chsten Schritt m?chten wir gemeinsam mit den beteiligten Universit?ten und Krankenh?usern an der klinischen Implementierung im Alltag arbeiten“, so Prof. Reinsberger. Zudem seien weitere Tests mit neuer Hardware sowie die Beantragung einer beh?rdlichen Genehmigung n?tig.
?Mit dem Forschungspreis der Universit?t Paderborn zeichnen wir interdisziplin?re, hochrisikoreiche und kühne Ideen wie diese aus. Es freut mich sehr, dass die Wissenschaftler*innen heute schon erste Erfolge verzeichnen k?nnen“, sagt Prof. Dr. Thomas Tr?ster, Vizepr?sident für Forschung und akademische Karrierewege an der Universit?t Paderborn. Der Preis ist mit 150.00 Euro dotiert und f?rdert spezifisch die Zusammenarbeit von Teams aus verschiedenen Fachbereichen. Besonders hochvision?re Forschungsvorhaben sollen damit eine Realisierungschance erhalten.
