Künstliche Intelligenz und 3D-Druck für die Behandlung von Schizophrenie

Künstliche Intelligenz (KI) ist zwar ein Thema, bei dem sich die Geister scheiden, aber es ist inzwischen unbestreitbar, dass dieses Werkzeug extrem leistungsfähig und wertvoll für die Menschheit geworden ist. Tatsächlich wird KI heute sogar in Bereichen wie der Medizin eingesetzt, insbesondere für die Diagnose von Krankheiten und die Personalisierung von Arzneimitteltherapien, natürlich immer unter Aufsicht von medizinischem Personal. Dank dieser Technologie konnten bereits zahlreiche erfolgreiche Diagnosen in den Bereichen Orthopädie und Onkologie gestellt werden. Derzeit wird der Einsatz von KI auch auf psychische Störungen wie Schizophrenie ausgeweitet.

In einer aktuellen Studie wurde eingehend untersucht, wie Künstliche Intelligenz in Verbindung mit modernen Technologien wie dem 3D-Druck bei der Behandlung von Krankheiten wie Schizophrenie helfen kann. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation leiden weltweit rund 21 Millionen Menschen an Schizophrenie. Es handelt sich dabei um eine Krankheit, die bei Frauen im Alter von 18 und bei Männern im Alter von 25 Jahren auftritt und deren Symptome Wahnvorstellungen, Halluzinationen und kognitive Beeinträchtigungen gehören. Künstliche Intelligenz würde den Ärzten daher nicht nur helfen, Schizophrenie bei Menschen mit hohem Risiko frühzeitig zu diagnostizieren, sondern auch ihre Behandlung und Medikation zu personalisieren.

Die größte Schwierigkeit bei der Diagnose der Schizophrenie besteht darin, dass die Symptomatik dieser Krankheit – anders als in Bereichen wie der Orthopädie oder der Onkologie – heterogen ist und sich daher bei jedem Patienten in unterschiedlichen Formen manifestieren kann. Außerdem kann die Schizophrenie nicht anhand biologischer Indikatoren diagnostiziert werden, sondern nur anhand der klinischen Symptome, die im DSM (Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders) und in der ICD (International Classification of Diseases) festgelegt sind, und die nicht immer ausreichen, um die weniger klassischen Symptome der Krankheit zu erkennen.    

Einsatz von KI bei der Behandlung von Schizophrenie

Die Künstliche Intelligenz könnte dem medizinischen Personal also neue Methoden zur Erforschung und Behandlung der Krankheit bieten. Dabei handelt es sich nämlich um eine Technologie, die in der Lage ist, äußerst komplexe Daten zu verarbeiten und zu analysieren. Dies würde eine frühzeitige Diagnose der Krankheit in Hochrisikopopulationen ermöglichen. Durch die Integration des maschinellen Lernens kann die KI die von den Patienten gesammelten Daten analysieren und mit klinischen Modellen verarbeiten, wodurch menschliche Fehler, die durch die manuelle Berechnung der Daten entstehen, begrenzt werden. Darüber hinaus ist die KI eine Technologie, die über selbstlernende und selbstoptimierende Fähigkeiten verfügt: Wenn sie mit neuen Daten gefüttert wird, kann sie immer genauere Algorithmen erstellen, die eine Verbesserung der medizinischen Vorhersagen ermöglichen. Dies würde sie zu einem äußerst nützlichen Instrument bei der Diagnose von Krankheiten mit heterogenen Symptomen wie Schizophrenie machen.

Zweitens könnte die KI den Beginn der Krankheitssymptome bei den Patienten durch die Analyse ihrer Sprache erkennen. Diese Krankheit kann nämlich die sprachlichen Fähigkeiten der Betroffenen beeinträchtigen und zu Veränderungen im Tonfall oder in der Sprechweise führen. Leider können bei der Behandlung der Schizophrenie depressive Symptome auftreten, und eine antidepressive Behandlung wird oft vernachlässigt, weil die Symptome im Verlauf der Krankheit nicht frühzeitig erkannt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine KI, die anhand multimodaler Verhaltensmerkmale trainiert und mit maschinellem Lernen implementiert wurde, feststellen kann, ob der Patient gesund ist, an Schizophrenie oder einer schweren depressiven Störung leidet. Durch die Analyse der Sprache ermöglicht es die KI, Verhaltensänderungen bei Patienten mit Schizophrenie frühzeitig zu erkennen und sie dann mit einer geeigneten medikamentösen Behandlung zu unterstützen.

Das Diagramm veranschaulicht die Anwendung von KI bei Schizophrenie zur Diagnose, Behandlung und Prognose. (Bild: nature)

Schließlich ist KI auch bei der Entwicklung maßgeschneiderter Arzneimitteltherapien nützlich. Durch die Erfassung von Patientendaten und die Erstellung klinischer Modelle kann KI Vorhersagen über die individuelle Medikamentendosierung für jeden Patienten treffen. Neben der Berechnung der Dosierung kann die KI-Technologie jedoch auch Schlüsselfaktoren identifizieren, die den Stoffwechsel und das Ansprechen auf das Medikament beeinflussen, sodass die Ärzte verstehen können, wie jeder Patient auf die Therapie anspricht. Infolgedessen kann Künstliche Intelligenz auch personalisierte Therapien für Patienten entwickeln und nicht nur die Dosierung, sondern auch die Arzneimittelauswahl optimieren.

3D-gedruckte elektronische Geräte für die Forschung

In den letzten Jahren wurde mit neuen KI-gestützten Ansätzen für die Behandlung von Schizophrenie experimentiert, die den Einsatz verschiedener Technologien, einschließlich des 3D-Drucks, beinhalten. Wie in der Studie berichtet wird, wurde in einer kürzlich durchgeführten Studie der 3D-Druck verwendet, um ein elektronisches Gerät mit neuronaler Schnittstelle zu schaffen, das in den Bereich der BCI (Brain-Computer-Interface) fällt und es ermöglicht, neurophysiologische Signale zu entschlüsseln, die mit der Gehirnaktivität von Mäusen verbunden sind. Dank dieser implantierbaren und biokompatiblen 3D-gedruckten Vorrichtung war es möglich, die Aktivität des präfrontalen Kortex von Mäusen genau zu überwachen. Ziel der Forschung war es, die Auswirkungen von Therapien für neuropsychiatrische Störungen auf die neuronale Aktivität zu analysieren. Diese neurale prothetische Schnittstelle wurde entwickelt, um elektrophysiologische Biomarker, die mit diesen Störungen in Verbindung stehen, aufzuzeichnen, zu modulieren und zu klassifizieren. Die Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Prothese die Hirnaktivität sowohl bei gesunden als auch bei geschädigten Mäusen wirksam überwachen und modulieren kann und somit ein neues Instrument für die personalisierte Behandlung neuropsychiatrischer Störungen darstellt.

Vor- und Nachteile der Technologie

Wie die Forschung berichtet, hat KI zweifellos noch nie dagewesene Möglichkeiten für die Diagnose und Behandlung von Schizophrenie geschaffen. Die Technologie unterliegt jedoch nach wie vor Beschränkungen und dient eher als Hilfsmittel für Kliniker bei der Diagnose und Behandlung als ein echter Ersatz. Obwohl die KI durch die Datenerfassung „befeuert“ wird und dadurch immer effizienter wird, weisen die derzeitigen KI-basierten Anwendungen Mängel auf, wenn es um die Anwendung tatsächlicher klinischer Therapien geht. Die Schwierigkeiten nehmen zu, wenn es um medizinische Daten wie die von Schizophrenie geht, die sich in ihren Diagnosekriterien stark unterscheiden. Darüber hinaus haben sich viele der bisherigen Studien hauptsächlich auf retrospektive Analysen konzentriert, bei denen historische Daten ausschließlich zum Trainieren und Testen von Algorithmen verwendet wurden.

Trotz der derzeitigen Schwierigkeiten beim Einsatz von KI bei der Behandlung von Schizophrenie lässt die Geschwindigkeit, mit der sich diese Technologie weiterentwickelt, vermuten, dass die derzeitigen Probleme bald gelöst sein werden und dass sie verstärkt für die Behandlung psychiatrischer Erkrankungen eingesetzt werden wird. Sicher ist, dass die Mensch-Computer-Interaktion zahlreiche Innovationen für den medizinischen Bereich mit sich bringt, die es wert sind, in Zukunft erforscht zu werden. Um mehr darüber zu erfahren, wie KI Ärzte bei der Behandlung von Schizophrenie unterstützen kann, klicken Sie HIER.

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*Bildnachweise: nature