Wissenschaftler der Universität Paderborn haben ein tragbares Gerät entwickelt, das epileptische Anfälle mithilfe künstlicher Intelligenz und Sensoren am Handgelenk frühzeitig vorhersagen kann. Das System soll die Lebensqualität von Menschen mit Epilepsie deutlich verbessern, indem es die Unvorhersehbarkeit der Anfälle verringert.
Weltweit leiden mehr als 50 Millionen Menschen an Epilepsie. Die Anfälle gehen häufig mit Bewusstlosigkeit und Verletzungen einher und können in seltenen Fällen sogar tödlich enden. Besonders belastend sei die Unsicherheit, wann der nächste Anfall eintrete, erklärte Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger, Neurologe und Leiter des Sportmedizinischen Instituts der Universität Paderborn. „Wenn es möglich ist, Anfälle vorherzusehen, kann schneller mit Medikamenten reagiert werden, die einen Anfall verhindern oder abschwächen“, sagte er.
Bisherige Ansätze zur Anfallsprognose basieren meist auf invasiver Elektroenzephalographie (EEG), bei der Elektroden ins Gehirn implantiert werden. Diese Methode sei jedoch mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden. Das Paderborner Team setzt stattdessen auf nicht-invasive Wearables, die Parameter des autonomen Nervensystems wie Herzfrequenz, Schweißproduktion und Atemfrequenz messen – Sensoren, wie sie auch in handelsüblichen Smartwatches eingesetzt werden.
Die Forscher werteten Daten von 450 Patientinnen und Patienten des Boston Children’s Hospital aus. Dabei stellten sie fest, dass bestimmte Werte des autonomen Nervensystems bereits mindestens eine halbe Stunde vor einem Anfall deutlich ansteigen. Auf dieser Grundlage entwickelten sie einen KI-basierten Algorithmus, der multimodale Signale analysiert und Muster erkennt, die typischerweise einem Anfall vorausgehen. Das System kann Zeiträume mit hoher Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Anfall identifizieren. Durch erklärbare KI liefert es zudem nachvollziehbare Begründungen für seine Vorhersagen.
Dr.-Ing. Tanuj Hasija vom Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik betonte, das Wearable sei im Vergleich zu invasiven Methoden deutlich kostengünstiger, einfacher zu handhaben und nicht stigmatisierend, da es optisch kaum von einer normalen Smartwatch zu unterscheiden sei. Patientinnen und Patienten könnten die aufgezeichneten Daten über ein Live-Dashboard einsehen.
Für ihre interdisziplinäre Arbeit wurden Reinsberger und Hasija 2023 mit dem Forschungspreis der Universität Paderborn ausgezeichnet, der mit 150.000 Euro dotiert ist. Mit den Mitteln konnten sie bereits einen ersten Prototypen bauen, den sie nun bei einer Veranstaltung im Paderborner Rathaus der Öffentlichkeit präsentierten – darunter auch Angehörigen von Betroffenen.
Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler mit Partneruniversitäten und Kliniken die klinische Erprobung im Alltag vorantreiben, weitere Hardware-Tests durchführen und eine behördliche Zulassung beantragen.
„Mit dem Forschungspreis zeichnen wir interdisziplinäre, hochrisikoreiche und kühne Ideen aus“, sagte Prof. Dr. Thomas Tröster, Vizepräsident für Forschung und akademische Karrierewege der Universität Paderborn. Es freue ihn, dass das Team bereits erste konkrete Erfolge vorweisen könne.
