KI-Gehirnmodell revolutioniert Intensivüberwachung mittels EEG
Die Cleveland Clinic hat eine Partnerschaft mit Piramidal, einem in San Francisco ansässigen Startup, angekündigt, um ein wegweisendes Modell für künstliche Intelligenz zu entwickeln, das die Gehirngesundheit von Patienten auf Intensivstationen (ICUs) kontinuierlich überwachen soll. Im Gegensatz zu KI-Systemen, die auf riesigen Textdatensätzen trainiert wurden, basiert dieses innovative Modell auf Elektroenzephalogramm (EEG)-Daten, die die elektrische Aktivität des Gehirns über auf der Kopfhaut platzierte Elektroden aufzeichnen und als eine Reihe wellenförmiger Linien darstellen. Veränderungen in diesen komplexen Mustern können auf kritische neurologische Probleme wie Anfälle, Bewusstseinsstörungen oder eine Abnahme der Gehirnfunktion hinweisen.
Derzeit verlassen sich medizinische Fachkräfte auf Intensivstationen auf die kontinuierliche EEG-Überwachung, um abnormale Gehirnaktivität zu erkennen. Das schiere Datenvolumen und das begrenzte Personal machen die Echtzeit-Überwachung einzelner Patienten jedoch zu einer erheblichen Herausforderung. Typischerweise werden EEG-Berichte alle 12 bis 24 Stunden erstellt, was einen Neurologen erfordert, die Gehirnwellendaten eines Tages manuell zu überprüfen – ein Prozess, der zwei bis vier Stunden in Anspruch nehmen kann. Diese Methode ist nicht nur zeitintensiv, sondern auch von Natur aus subjektiv und stark abhängig von der Erfahrung und dem Fachwissen des einzelnen Klinikers, wie Imad Najm, Neurologe und Direktor des Epilepsiezentrums am Neurologischen Institut der Cleveland Clinic, feststellte.
Das von der Cleveland Clinic und Piramidal entwickelte KI-System zielt darauf ab, diesen Prozess zu revolutionieren, indem es kontinuierliche EEG-Datenströme interpretiert und Anomalien innerhalb von Sekunden kennzeichnet, wodurch Ärzte wesentlich schneller eingreifen können. Kris Pahuja, Chief Product Officer von Piramidal, betont, dass das Modell als ständiger Wächter dienen wird, der Patienten auf der Intensivstation überwacht und Echtzeit-Einblicke in die Entwicklung ihrer Gehirngesundheit liefert.
Piramidal wurde 2023 von Pahuja und CEO Dimitris Fotis Sakellariou mit dem ehrgeizigen Ziel mitbegründet, ein „Grundlagenmodell“ für das Gehirn zu schaffen – ein KI-System, das in der Lage ist, neuronale Signale bei verschiedenen Individuen umfassend zu lesen und zu interpretieren. Sakellariou bringt 15 Jahre Erfahrung als Neuroingenieur und KI-Wissenschaftler mit Schwerpunkt auf EEG-Forschung mit, während Pahuja zuvor seine Produktstrategiekenntnisse bei Google und Spotify verfeinert hat. Das von Y Combinator unterstützte Startup sammelte im vergangenen Jahr erfolgreich 6 Millionen US-Dollar an Startkapital. Ihr Intensivstations-Gehirnmodell wurde auf einem riesigen Datensatz trainiert, der öffentlich verfügbare EEG-Informationen mit proprietären Daten der Cleveland Clinic und anderer Partner kombiniert. Sakellariou schätzt, dass das Modell fast eine Million Stunden EEG-Überwachungsdaten von Zehntausenden von Patienten umfasst, darunter sowohl neurologisch gesunde als auch kranke Personen. Dieses enorme Datenvolumen ist entscheidend, da sich Gehirnaktivitätsmuster von Person zu Person erheblich unterscheiden und umfangreiche Daten erforderlich sind, um Gemeinsamkeiten und Merkmale zu erfassen – ähnlich wie ein großes Sprachmodell Text verallgemeinert, um sich an verschiedene Schreibstile anzupassen.
Das Team der Cleveland Clinic und Piramidal feilt derzeit an dem Modell unter Verwendung retrospektiver Patientendaten. In den nächsten sechs bis acht Monaten planen sie, Tests in einer streng kontrollierten Intensivstationsumgebung einzuleiten, wobei Live-Patientendaten von einer begrenzten Anzahl von Betten und Ärzten verwendet werden. Nach dieser Anfangsphase wird die Software schrittweise auf der gesamten Intensivstation eingeführt, mit dem Endziel, dem Krankenhaussystem die gleichzeitige Überwachung Hunderter von Patienten zu ermöglichen. Diese vorsichtige, phasenweise Implementierung soll Fehlalarme (bei denen das System einen Patienten fälschlicherweise kennzeichnet) und, was noch wichtiger ist, Fehlalarme (Fälle, in denen ein schwerwiegendes Ereignis übersehen wird) minimieren. Letzteres Szenario ist laut Najm „ein großes Problem, das uns nachts wach hält“. Obwohl Piramidal keine spezifischen Genauigkeitszahlen bekannt gegeben hat, behauptet das Unternehmen, dass seine Technologie bei der Bewertung durch ein Ärztenetzwerk „menschenähnliche“ Leistung erzielt hat und plant, in Zukunft detaillierte Daten zu ihrer Genauigkeit zu veröffentlichen.
Über die unmittelbare Anwendung auf der Intensivstation hinaus sieht Piramidal die Verwendung seines Gehirn-Grundlagenmodells für breitere Zwecke vor, einschließlich der Überwachung von Epilepsie und Schlaf. Die Entwicklung fällt auch mit anderen Fortschritten bei Gehirn-Grundlagenmodellen zusammen, wie der Arbeit von Synchron an einem Modell, das Daten von Studienteilnehmern integriert, um sein Gehirn-Computer-Interface-System zu verbessern, und sogar Verbraucheranwendungen wie EEG-Ohrhörer, die zur Messung emotionaler Zustände entwickelt wurden. Diese aufkommenden Technologien, ob medizinisch oder verbraucherorientiert, werfen tiefgreifende Fragen zur Sammlung, Speicherung und angemessenen Verwendung hochsensibler Gehirndaten auf. Caroline Montojo, Präsidentin und CEO der Dana Foundation, einer philanthropischen Organisation, die sich der Neurowissenschaftsforschung widmet, unterstreicht die dringende Notwendigkeit „antizipatorischer ethischer Rahmenwerke“, um die verantwortungsvolle Entwicklung und den Einsatz dieser Technologien zu leiten. Sie betont die Bedeutung der Einbeziehung verschiedener Perspektiven, einschließlich Ethiker, Sozialwissenschaftler, Rechtswissenschaftler und der gelebten Erfahrungen von Patienten, in den frühesten Phasen des Technologiedesigns.