Künstliche Intelligenz in der Medizin

Big Data als Grundlage für zuverlässige Diagnosen, Maschinelles Lernen für die Auswahl der besten Behandlung, KI-Systeme für die beschleunigte Entwicklung von Medikamenten: Auch in der Medizin wird Künstliche Intelligenz immer wichtiger. Welche Potenziale haben selbstlernende Algorithmen im Gesundheitswesen?

Schnell und exakt: medizinische Datenanalyse mit KI

Künstliche Intelligenz ist heute in vielen Bereichen präsent. Auch aus der Medizin ist leistungsfähige KI-Software kaum noch wegzudenken. KI ist vor allem bei folgenden Aufgaben hilfreich:

• Diagnose (Bestimmung von Krankheiten)
• Therapie (Auswahl der Behandlungsmethode)
• Entwicklung von Medikamenten
• Editieren von Genen (Gentherapie)

Big Data hilft bei der Erstellung schneller und sicherer Diagnosen. Das erspart gerade Patienten mit seltenen Krankheiten lange Leidenswege. Denn je seltener eine Erkrankung ist, umso unwahrscheinlicher ist es, einen Arzt mit Spezialwissen zu erreichen. Die Entdeckung der wahren Ursachen kann deshalb lange dauern. Ein Patient, der an einer außergewöhnlichen Erkrankung („rare disease“) leidet, sucht im Schnitt sieben Ärzte auf und muss fünf Jahre warten, bis die Diagnose feststeht. Um komplexe klinische Muster solcher Krankheiten zu erkennen, hilft KI auch denjenigen Ärzten, die keine Experten für die betreffende Krankheit sind.

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KI gewinnt gegen Ärzte

Der Vorteil des Einsatzes von Künstlicher Intelligenz in der Diagnostik liegt auf der Hand: Computer können sehr viel schneller und exakter Daten analysieren. Und die Algorithmen werden immer besser, je mehr Trainingsdaten ihnen zur Verfügung stehen. In einigen Teilbereichen erzielt KI heute schon bessere Ergebnisse als die menschliche Analyse.

• In einem Test des Deutschen Krebsforschungszentrums erkannte KI häufiger verdächtige Hautveränderungen als echte Ärzte.
• Auch bei der Früherkennung von Darmkrebs hilft KI. Harmlose Wucherung oder gefährliche Krebsvorstufe? Computergestützte Systeme prüfen Veränderungen blitzschnell anhand von hunderten Einzelmerkmalen und vermeiden dadurch unnötige Eingriffe.

Aber klar ist: KI-Systeme ersetzen keine ärztlichen Entscheidungen, sondern unterstützen diese nur. Künstliche Intelligenz stellt Ärzten hoch spezialisierte Werkzeuge zur Verfügung. Aber kein Werkzeug kann an die Stelle des Arztes treten. Die Auswertung umfangreicher Datenmengen ermöglicht es dem Arzt, aus den Vorschlägen eines KI-Systems die passenden Diagnosen oder Therapien auszuwählen. Das spart Zeit und gewährt gleichzeitig, dass alle infrage kommenden Alternativen (zum Beispiel bei Therapien) vom Experten abgewogen werden.

Bessere Medikamente dank KI?

Pharmazeutische Forschung besteht im Wesentlichen daraus, Zusammenhänge zwischen tatsächlicher Wirksamkeit und Krankheitsbehandlung aufzudecken. Bei der Analyse dieser Zusammenhänge kann Künstliche Intelligenz viele Routine-Tätigkeiten übernehmen – meist besser und fehlerfreier als der Mensch. Ein entscheidender Vorteil dabei ist die Beschleunigung der Wirkstoffherstellung. Während hierfür im Schnitt vier Jahre benötigt werden, gelang der erste Erfolg mit Künstlicher Intelligenz innerhalb von nur zwölf Monaten.

Dieser erste mittels KI entwickelte Wirkstoff heißt DSP-1181. Er basiert auf dem maschinellen Vergleich und der Analyse verschiedener molekularer Verbindungen. Hierfür brachte Künstliche Intelligenz die umfangreichen Informationen von Datenbanken mit singulären genetischen Faktoren der Patienten in Verbindung.

Zukunftsmusik: Starke KI in der Medizin

Künstliche Intelligenz wertet bestimmte Signale aus und liefert Hinweise für das Vorliegen von Krankheiten. Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten von KI im Prinzip unbegrenzt. Heute schon wird KI in vielen Fachbereichen der Medizin eingesetzt – in der Regel zur Unterstützung oder als Basis für die Entscheidungen der Ärzte.

Beispiele:

• Frühzeitiges Erkennen von Epidemien durch eine Internetrecherche nach dem vermehrten Auftauchen bestimmter Stichwörter,
• Verdacht auf Herz- oder Gehirnerkrankungen durch Auswertung von EKG- oder EEG-Signalen,
• Erkennen von Symptomen für Depressionen anhand von Bewegungsmustern und Sprache.

Hier spielen Bild-, Sprach- und Texterkennung eine wesentliche Rolle. Gemeinsam ist allen heute existierenden Anwendungen, dass diese auf sogenannter Schwacher Künstlicher Intelligenz basieren. Dazu zählen Systeme, die zwar lernfähig und damit zur Selbstoptimierung fähig sind, aber letztlich einen begrenzten Einsatzbereich aufweisen. Sie werden stets für die Lösung vergleichbarer Aufgaben programmiert.

Die sogenannte Starke KI dagegen funktioniert nicht nur innerhalb der Vorgaben, sondern ist in einem gewissen Sinne kreativ – und damit auch im menschlichen Sinne „intelligent“. Sie erkennt selbstständig Probleme (zum Beispiel neue Krankheiten) und entwickelt Lösungen. Für die Medizin könnte dies neue Diagnose- und Therapietechniken versprechen. Die Starke KI liegt allerdings nach Auffassung der meisten Wissenschaftler noch in weiter Ferne.

Akzeptanz von KI in der Bevölkerung

Es ist klar, dass der Einsatz von Künstlicher Intelligenz im Gesundheitswesen nur gelingen kann, wenn auch die Patienten zustimmen. Wie sieht es mit der Akzeptanz von KI-Systemen für die Medizin aus? Nach einer Umfrage von bitcom.org aus dem Jahr 2019 stehen viele Befragte dem Einsatz von KI in der Medizin aufgeschlossen gegenüber:

• Knapp ein Drittel der Befragten (31 %) würde sich zur Einholung einer Zweitmeinung regelmäßig an KI-Systeme wenden.
• Fast zwei Drittel (61 %) glauben daran, dass der Einsatz von KI für Routinearbeiten den Ärzten mehr Zeit für ihre Patienten gibt.
• 39 Prozent der Befragten sind dafür, dass Ärzte ihre Diagnosen grundsätzlich von KI prüfen lassen sollten.

Diese Ergebnisse machen einen allgemeinen Trend deutlich. So lange KI dabei hilft, Ressourcen einzusparen, ist die Akzeptanz groß. Andererseits ist auch die Befürchtung groß, durch KI fremdgesteuert zu werden – so unrealistisch diese Befürchtung auch sein mag. Je überzeugender die Ergebnisse von des Maschinellen Lernens für die Medizin werden, umso eher werden unbegründete Ängste jedoch verschwinden.

Ersetzt KI den Arzt?

Die Erfolge der KI-basierten Datenanalyse sind auch im Bereich der Medizin verblüffend. Und je mehr Daten zur Verfügung stehen, umso näher rückt die Möglichkeit, spezielle Risiken im Sinne einer individuellen Krankheitsprophylaxe frühzeitig zu erkennen. So werden gesundheitliche Beschwerden schon im Vorfeld vermieden. Voraussetzung dafür sind jede Menge Daten – und die Bereitschaft der Menschen, diese Daten preiszugeben. Grundsätzlich ist eine Akzeptanz auch für medizinische KI-Anwendungen gegeben. Dass ein KI-Roboter den menschlichen Arzt ersetzt, wird allerdings noch lange Zukunftsmusik bleiben.

Jan Knupper