KI und Neurotechnologie: Viele Aufgaben, große Chancen
In der Gesundheitsversorgung in Deutschland bieten künstliche Intelligenz und Neurotechnologie riesige Chancen. Auch den enormen Wirtschaftsfaktor gilt es klug zu nutzen.
„Zukunft Deutschland 2050 heißt nicht, dass wir in die Glaskugel schauen, vielmehr wollen wir ein positives Narrativ erstellen, wo stehen wir aktuell, welche guten Beispiele gibt es schon, wo sehen wir die Herausforderungen und was sind die wichtigen Hebel für Änderungen“, so Bita Fesidis, Leiterin der VDI-Initiative „Zukunft Deutschland 2050“.
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Als in einer Umfrage des VDI über 10.000 Mitglieder, alles gestandene Ingenieurinnen und Ingenieure, ihre Erwartungen an die – Anfang des Jahres noch neue – Bundesregierung formulierten, hielten rund 95 % das Thema „Innovationsfähigkeit fördern“ für besonders bzw. eher dringlich. Auch das findet seinen Niederschlag in gesellschaftlichem Handlungsdruck.
Und der reiht sich ein in die VDI-Initiative „Zukunft Deutschland 2050“, die nun ein 80-seitiges „Impulspapier zur Gesundheitsversorgung und Medizintechnik“ veröffentlicht hat. Schließlich gehört dieser Bereich mit einer Bruttowertschöpfung von 450 Mrd. € zu den wichtigsten Wirtschaftszweigen Deutschlands, ist damit dreimal so groß wie der Beitrag der Automobilindustrie.
Trotzdem bleiben für die nächsten Jahre und Jahrzehnte tiefgreifende Herausforderungen, die es zu lösen gilt. Und das muss heute schon losgehen – und hat nicht Zeit bis 2050. „‚Zukunft Deutschland 2050‘ heißt nicht, dass wir in die Glaskugel schauen, vielmehr wollen wir ein positives Narrativ erstellen, wo stehen wir aktuell, welche guten Beispiele gibt es schon, wo sehen wir die Herausforderungen und was sind die wichtigen Hebel für Änderungen“, so Bita Fesidis, Leiterin der VDI-Initiative „Zukunft Deutschland 2050“, zu Beginn des Zukunftsgesprächs „Medizin neu denken mit KI und Neurotechnologie“.
Dann legen sie auch schon los, fünf Experten in Sachen Gesundheitsthemen. Florian König-Huber von TissUse stellt zunächst sein Unternehmen und ein erstes Highlight-Produkt vor – eine Human-on-a-Chip-Technologieplattform, um die Entwicklung von pharmazeutischen, chemischen und kosmetischen Produkten zu beschleunigen sowie die Zukunft der personalisierten Medizin zu gestalten. Die Technologie erlaubt damit die direkte Vorhersage der Sicherheit und Wirksamkeit von Substanzen und deren Metaboliten für den Menschen. So macht die Multi-Organ-Chip-Plattform Arzneimittelerprobungen ohne Tierversuche möglich. Sie ist aber auch für die Untersuchung von Kosmetika und Chemikalien sowie zur Kontrolle der Lebensmittelsicherheit als Plattform einsetzbar.
Inhaltsverzeichnis
Personalisierte Medizin als Chance für die Gesundheitsversorgung
Die KI-gesteuerte Diagnose soll im Zusammenspiel mit ärztlicher Expertise die präzise und frühzeitige Erkennung von Krankheiten ermöglichen, noch bevor Symptome auftreten. Dazu liefern Sensorik und bildgebende Verfahren umfassende Gesundheitsdaten, die von leistungsfähigen Algorithmen analysiert werden. So kann KI individuelle Präventionsstrategien und personalisierte Therapien entwickeln. Zudem erstellen vernetzte Medizingeräte und automatisierte Labore in Echtzeit individuelle Behandlungspläne und produzieren patientenspezifische Medikamente.
Allerdings ist das mit den vernetzten Medizingeräten so eine Sache, denn proprietäre Systeme sind nicht sonderlich kommunikationstauglich. Dabei gibt es sie, die Standardfamilie IEEE1 11073 SDC (Service-oriented Device Connectivity) für die Medizingerätevernetzung. König-Huber ist zuversichtlich, dass sich Deutschland im Zusammenspiel mit den europäischen Partnern zu einem Zentrum dieser neuen Medizintechnik entwickelt, Standards im Bereich der „intelligenten Medizin“ setzt und so die Grundlage für die Entstehung innovativer Start-ups bereitet.
Das Zusammenspiel von KI, Robotik und Mensch
Durch speziellen Gesundheits-KI-Einsatz lassen sich große Datenmengen analysieren – und auch zusammenfassen. Wichtig ist die automatisierte Auswertung von Röntgen- und MRT-Bildern. Auch die Unterstützung bei der Entwicklung individueller Behandlungspläne sowie bei komplexen Eingriffen durch chirurgische Robotik gehören ins Nutzungsspektrum. Um die Belastung des Personals durch Patiententransfer und Medikamentengabe zu reduzieren, sollen vermehrt robotische Systeme eingesetzt werden. Allerdings sind hierfür gewaltige Aufgaben zu bewältigen – und zu finanzieren.
Spannend wird es, wenn es um die Konvergenz von KI und menschlicher Urteilskraft geht. Da bringt Stefan Schönberg von der Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin Mannheim interessante Beispiele, muss aber eingestehen, dass es mit der automatisierten radiologischen Diagnose nicht geklappt hat. Im Gegenteil. „Es gibt weltweit einen beispiellosen Mangel an Radiologen, die Burn-out-Raten steigen dramatisch“, so der Experte. „Wir haben eine Wissenstiefe generiert, die wir ohne KI niemals hätten erlangen können, haben uns vom Radiologist zum Informationlogist entwickelt.“
Gezeigt wird u. a. eine Krebsabsiedlung in der Leber, erklärt wird die tumorale Heterogenität, durch die sich der Tumor zeitlich und räumlich verwandelt, weshalb molekulare Medikamente nur in 10 % bis 15 % wirken würden.
Neue automatisierte In-vitro-Technologien wie Multi-Organ-Chips liefern wertvolle Daten für KI-gestützte Innovationen im Gesundheitswesen.
Foto: TissUse GmbH
Das Thema NeuroAI – Grundlagenforschung zwischen den Welten hat sich Tim Kietzmann von der Universität Osnabrück vorgenommen. Und natürlich geht es staccatoartig in die Begriffserklärung, wird die Definition „Das Streben nach dem Verständnis biologischer Intelligenz und die Entwicklung künstlicher Intelligenz sind eng miteinander verschlungen“ an die Wand geworfen. Als Probleme der KI werden Aspekte wie hohe Energiekosten, fehlende Dateneffizienz, fehlender Menschenverstand, schlechtes Alignment, Probleme bei Planung/Schlussfolgern und logische Inkonsistenzen genannt. Auch kommen die Vorteile biologischer Intelligenz zur Sprache, so z. B. Energieeffizienz mit 18 W (biologische Intelligenz) vs. KI mit über 6 kW. Kietzmann macht aber auch deutlich: „Wir brauchen KI, um die Daten handhabbar zu machen“ und beschreibt ein Problem: „Die USA haben eine absolute Dominanz, sie ist da institutionalisiert und bei uns nicht!“ Also – Handlungsfelder en gros & en détail.“
Schnittstelle mit großem Potenzial
Die Schnittstelle zwischen Neurotechnologie und KI ist das Thema von Thomas Stieglitz von der Universität Freiburg. „Wir sollten Neurotechnik nicht Elon Musk überlassen, sollten das auch in Deutschland machen“, so sein Eingangsstatement. Nicht alles, was mit Neurotechnik daherkommt, kommt aus den USA. Die ersten Cochlea-Implantate kamen z. B. aus Österreich. Es gibt tiefe Hirnstimulation auch in Europa – und die kann bei Morbus Parkinson nicht die Krankheit heilen, aber Menschen länger am aktiven Leben teilhaben lassen. Selbst gegen epileptische Anfälle gibt es Gehirnimplantate.
„Die Medikamentenkombinationen, die große Teile der Bevölkerung nehmen, sind schon gruselig, wenn man die ganzen Nebenwirkungen zusammenzählt. Warum nehmen wir das alles jeden Tag ein, haben aber Sorge, uns ein relativ sicheres Implantat einsetzen zu lassen?“, so Stieglitz. Sein Plädoyer für neue Möglichkeiten mit „Elektrozeutika“ umfasst auch einige Beispiele, so vom wieder laufenden Querschnittsgelähmten über die Behandlung von Bluthochdruck, Diabetes, Darmentzündung, rheumatischer Arthritis, Asthma bis zu der von Epilepsie, Lähmungen und so weiter. „Wir haben dann einen Markt, der viel größer ist, und der ein Businessmodell ist.“ Denn die Kosten des Implantats seien zwar einmalig hoch, aber günstiger als jahrzehntelange Medikamentenversorgung. Auch führt er ein Leasingmodell in die Diskussion ein.
Neurotechnik in und aus Deutschland
Stieglitz nennt zudem unternehmerische Beispiele. Eines davon ist das Unternehmen Neuroloop mit einem Implantat zur Blutdrucksenkung durch gezielte Vagusnerv-Stimulation. Die Technologie bietet eine schonende Alternative zu herkömmlichen Therapien und Medikamenten. „Und das hat sich geändert – Pharma ist nicht mehr der natürliche Feind von Medtech, sondern Pharma hat ja auch Non-Responder, die bei einigen Menschen nicht wirken. Und wenn ich Non-Responder mit einem Implantat kriegen kann, ist das kostengünstiger, als das Medikament für 5 % von Non-Respondern auf Responder weiterzuentwickeln“, ist Stieglitz sich sicher. Inzwischen sind auch Merck und B.Braun Investitionspartner.
Als weiteres Beispiel wird das deutsche Unternehmen CorTec erwähnt, stellt es doch Brain-Computer-Interface-Systeme (BCI) her. Jetzt hat das Unternehmen in den USA eine IDE, eine Investigational Device Exemption, für eine erste Humanstudie erhalten. So wird das vollständig in Deutschland entwickelte BCI-System mit geschlossenem Kreislauf derzeit in einer von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassenen klinischen Studie mit Schlaganfallpatienten untersucht. Das erfolgt am Harborview Medical Center in Seattle, einem Teil von UW Medicine. Stieglitz dazu: „Ich möchte mir stark überlegen, ob wir alles in die USA schicken oder es nicht hier selber machen.“ Doch das ist noch immer eine extreme Herausforderung.
Innovationskraft in Deutschland entfalten
Übrigens hat jetzt Medical Microinstruments, ein Robotikunternehmen in Jacksonville, Florida, gemeldet, dass die FDA ebenfalls eine IDE für eine klinische Studie mit einem neuartigen mikrochirurgischen Eingriff zur Behandlung der Alzheimerkrankheit genehmigt hat. Die Machbarkeitsstudie mit dem Titel „Remind: Robotic-Enabled Microsurgical Intervention for neurodegenerative Disease“ soll Sicherheits- und Wirksamkeitsdaten des Symani Surgical System und anderer mikrochirurgischer Techniken zur Wiederherstellung der Lymphdrainagewege in den tiefen zervikalen Lymphknoten (dCLNs) von Patienten mit Alzheimer und bestätigter lymphatischer Obstruktion sammeln. Dabei sind auch bestimmte Ausstiegspunkte aus der Studie definiert. Der Markt hierfür wäre jedenfalls riesig – von 7 Mio. Betroffenen ist weltweit die Rede.
Philipp Kellmeyer vom Universitätsklinikum Freiburg widmet sich den aktuellen ethischen und regulatorischen Aspekten der Neurotechnologien. Für ihn steht eine Frage im Mittelpunkt: „Wie können wir die wunderbaren Methoden, von denen wir heute gehört haben, einsetzen? Wie können wir erreichen, dass die Firmen nicht in die USA fliegen müssen, sondern hier verantwortungsvoll und sinnvolle Forschung betreiben können?“ Mit einer Tour d’Horizon durchreitet er den Regulierungsdschungel von OECD und Unesco, vom Council of Europe und der EU Medical Devise Regulation sowie von Chile und der US FDA und vom Trade and Technology Council (EU-USA Collaboration). Jedenfalls ist es noch ein weiter Weg, bis die Gedanken des Gehirns eine Tastatur bedienen. Vielleicht klappt das ja bis 2050. Oder eher.
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