30.10.2023

Sleep Disorder: AI aus Innsbruck entdeckt gesundheitsgefährdende Schlafstörungen

Nächtliche Ausbrüche sind eine Folge von einer gestörten REM-Phase. Diese Schlafstörungen können erhebliche gesundheitsgefährdende Auswirkungen haben. Ein österreichisches Forschungsteam setzt daher auf künstliche Intelligenz, um Hinweise auf mögliche neurologische Erkrankungen zu finden.
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(c) Med Uni Innsbruck - Ein Innsbrucker Team hat einen KI-basierten Ansatz zur Erkennung von REM-Schlaf-Verhaltensstörungen entwickelt.

Es ist ein großes Thema in der Startup-Szene: Schlaf. Während sich manche damit brüsten, so wenig wie möglich zu schlafen, da es zum Wesen von Entrepreneurship gehöre, warnt die Forschung, nicht erst seit gestern, vor den Folgen von schlechter Schlafqualität. Dass dazu aber mehr gehört als die Anzahl an Stunden, die man schlafend verbringt, zeigt nun ein Innsbrucker Forschungsteam, das sich mit Schlafstörungen befasst.

Alptraum Schlafstörung

Schlafstörungen können die Nacht zum Alptraum werden lassen und sind auch ein zuverlässiger Vorbote für Parkinson und andere Erkrankungen des Nervensystems. Die Tiroler Schlafexperten haben daher diverse Technologien in einem neuen Diagnoseinstrument kombiniert und ein System entwickelt, das sogar auf EU-Ebene weiter entwickelt werden soll.

Menschen, die an einer Schlafstörung leiden, seien nicht sie selbst, wenn sie schlafen oder träumen, sagt Birgit Högl, Neurologin und Leiterin der Abteilung für Schlafstörungen an der Medizinischen Universität Innsbruck: „Sie werden zum Beispiel aggressiv oder gefährlich. Jeder, der mit ihnen das Bett teilt, kann mit einer aufgeplatzten Lippe oder einem blauen Auge enden. Und sie neigen auch dazu, sich selbst zu verletzen, zum Beispiel wenn sie aus dem Bett fallen“, sagt sie.

Isolierte REM-Schlaf-Verhaltensstörung

Diese nächtlichen Ausbrüche werden in der Regel durch eine sogenannte isolierte REM-Schlaf-Verhaltensstörung (iRBD) verursacht. REM, oder Rapid Eye Movement, bezeichnet das Schlafstadium, in dem sich ein gesunder Mensch normalerweise überhaupt nicht bewegt. Högl schätzt, dass einer von 100 Menschen an iRBD leidet, die Männer und Frauen gleichermaßen betrifft und häufiger bei älteren Menschen diagnostiziert wird. Genaue Zahlen seien allerdings schwer zu ermitteln, da die Betroffenen oft nichts von ihrer Erkrankung wissen und Patienten:innen, die mit entsprechenden Symptomen vorstellig werden, meist lange auf eine Untersuchung warten müssen.

Vor diesem Hintergrund hat Högls Forschungsgruppe ein Werkzeug entwickelt. In Zusammenarbeit mit Heinrich Garn und Bernhard Kohn vom Austrian Institute of Technology (AIT) wurde eine Hightech-Kamera mit Künstlicher Intelligenz ausgestattet, um iRBD-spezifische Bewegungen zu erkennen.

„Die Methode hat sich als so genau erwiesen, dass sie für den Einsatz im Krankenhaus geeignet ist“, sagt Matteo Cesari, Bioingenieur und Erstautor einer aktuellen Studie, die Teil des Projekts ist. Der österreichische Wissenschaftsfonds (FWF) finanzierte das Projekt, das mittlerweile zu einem EU-Projekt geworden ist, in dem die Forscher:innen die Technologie weiterentwickeln, um sie für Massenscreenings tauglich zu machen.

Neurodegenerativer Prozess

Die isolierte REM-Schlaf-Verhaltensstörung stellt nicht nur eine Gefahr für die Betroffenen und die in ihrer Nähe schlafenden Menschen dar, es gilt auch als empfindlichster und spezifischster Marker für absterbende Nervenzellen. Um diesen neurodegenerativen Prozess zu verlangsamen, sei es wichtig, ihn so früh wie möglich zu diagnostizieren.

Eine Schlafstörung ansich sei, dem Team nach, leicht zu erkennen; bei Störungen wie iRBD ist eine Diagnose viel schwieriger zu stellen. Im zweiten Fall sind die Muskeln während der REM-Phase nicht gelähmt, wie bei gesunden Menschen: „Die Beine und Arme von iRBD-Patienten neigen zu schnellen Zuckungen. Außerdem bewegen sie sich so, als würden sie im Liegen ihre Träume nachspielen“, beschreibt Högl die Symptome.

Die Schlafexpertin vermutet, dass es soziale Gründe hat, dass iRBD häufiger bei Männern diagnostiziert wird: Während viele Frauen alleinstehend sind und in späteren Lebensabschnitten alleine schlafen, teilen ältere Männer häufiger ihr Bett, sodass die Störung leichter gefunden wird. Im Allgemeinen bleibt sie jedoch oft unerkannt: „Manche Menschen wissen gar nicht, dass es nicht normal ist, all die Bewegungen, von denen man träumt, auch im Schlaf auszuführen“, erklärt Högl.

Ihr Tipp: Wer über 50 Jahre alt ist und sich plötzlich im Schlaf bewegt oder seltsam verhält (mit oder ohne Träume), ist gut beraten, ein Schlaflabor aufzusuchen. Zum einen könne der Arzt Medikamente verschreiben, die die Symptome der iRBD lindern. Zum anderen sei die Störung ein deutlicher Hinweis auf den Verlust von Nervenzellen und werde daher oft mit anderen Krankheiten in Verbindung gebracht.

Schlafstörungen bisher nur in Laboren diagnostizierbar

„Neunzig Prozent aller Patienten mit iRBD entwickeln eine neurodegenerative Erkrankung wie Parkinson, Lewy-Körperchen-Demenz oder multiple Systematrophie (MSA)“, sagt Högl. Oft geschieht dies im Laufe mehrerer Jahre.

Zurzeit wird auf diesem Gebiet viel geforscht, unter anderem von Ambra Stefani und ihren Kollegen aus Högls Abteilung. Sie alle wissen, dass bei Patient:innen, die an einer der oben genannten Krankheiten leiden, viele ihrer Nervenzellen bereits abgestorben sind. „Eine iRBD-Diagnose kann uns einen Vorsprung von zehn Jahren verschaffen. Aber das Schlaflabor ist derzeit das Nadelöhr“, weist die Neurologin auf die Schwachstelle im System hin, denn Schlafstörungen können aktuell nur dort zuverlässig diagnostiziert werden.

Zur Erklärung: Bei einer Polysomnographie werden bei einem schlafenden Menschen verschiedene Signale überwacht, unter anderem Gehirnaktivität (EEG), Augenbewegungen, Atemmuster, Geräusche, Muskeltonus und Körperhaltung. Die Daten werden gesammelt und manuell den verschiedenen Schlafstadien zugeordnet. Da dies sehr personal- und zeitaufwendig ist, müssen Patient:innen in Österreich ein Jahr oder länger auf einen Termin in einem Schlaflabor warten.

KI und eine Xbox-Kamera

Högls Forschungsgruppe hat sich dieses Mankos angenommen und eine automatisierte Lösung für die Diagnose von iRBD entwickelt. Ihr Ziel war es, ein Instrument zu entwickeln, das auch für das Screening gesunder Menschen verwendet werden kann, um das Risiko der Entwicklung einer neurodegenerativen Erkrankung frühzeitig zu erkennen.

„Die Time-of-Flight-Kamera, die wir für unsere Methode verwenden, wird auch als Kinect-Sensor in der Xbox-Konsole eingesetzt“, erklärt Cesari die Konstruktion. Die 3D-Kamera sendet Infrarotstrahlung aus, die vom Körper der schlafenden Person reflektiert wird.

Durch die Messung der reflektierten Signale kann der Abstand zwischen der Kamera und der Person berechnet werden. „Wir nehmen 30 Bilder pro Sekunde auf und ermitteln den Abstand für jedes Pixel. Wenn sich der Abstand ändert, wissen wir, dass sich die Person im Schlaf bewegt hat“, erklärt der Bioingenieur.

Vorhersagen mit einer Trefferquote von 87 Prozent

Für die Analyse dieser Kameradaten entwickelten die Forscher eine KI-basierte Lösung, um die manuellen Schritte so weit wie möglich zu minimieren. In ihrer Studie stellten Cesari und seine Kollegen die neueste Version des Systems vor, das die Analysedaten mehrerer Körperteile mithilfe eines maschinellen Lernmechanismus zusammenführt.

„Wir fassen die Bewegungen der Beine, des Rumpfes, der Hände und des Kopfes einer Person während des REM-Schlafs zusammen. Indem wir die Daten übereinanderlegen, erhalten wir die besten Ergebnisse“, erklärt der Forscher.

Die Erkennungsrate des Systems für iRBD-Patient:innen liegt bei 87 Prozent, was der – wesentlich ressourcenintensiveren – multifaktoriellen Untersuchung im Schlaflabor nahe komme. Für die Diagnose von iRBD muss das System allerdings die Bewegungsdaten aus der REM-Phase ermitteln. Zurzeit sind für diesen Schritt noch zusätzliche Messungen erforderlich.

Internationale Schlafstörungen-Allianz

„Wir arbeiten derzeit daran, daraus eine eigenständige Methode zu machen. Zu diesem Zweck koordinieren wir eine Studie mit 300 Probanden“, erläutert Cesari das Projekt, an dem Schlaflabore aus Deutschland, Italien, Spanien und Frankreich teilnehmen. Das Team versucht auch, die Hardware von derzeit zwei Kilogramm auf 13 Gramm zu verkleinern, um sie zu einem mobilen Gerät zu machen.

Die Vision des Teams ist es nämlich, ein „automatisiertes Schlaflabor für den Hausgebrauch“ zu entwickeln, das für umfassende Untersuchungen in der Bevölkerung eingesetzt werden könnte.

„Ein Mensch, der an iRBD erkrankt, braucht eine solide Diagnose, Beratung und Kontrolluntersuchungen“, betont Högl. „Sie sollten ihren Zustand verstehen und wissen, dass es möglich ist, das Fortschreiten einer neurodegenerativen Erkrankung zu verzögern.“

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Impression vom VERBUND Venture Day 2026 | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
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„Von der Innovation zur Skalierung und von der Skalierung zu einem stärkeren Europa“ mit diesem einen Satz könne man das große Ziel für den europäischen Energiesektor zusammenfassen, sagt VERBUND-X-Geschäftsführer Franz Zöchbauer in seinen einführenden Worten zum VERBUND Venture Day 2026, der erstmals beim neuen Energy-Launchpad-Partner WU Wien stattfand. „Wir haben die Lösungen, aber es dauert zu lange, bis sie am Markt sind. Wir müssen skalieren, aber kein Player kann das alleine. Es braucht ein Ökosystem und hier zählen die Menschen“, so Zöchbauer.

Franz Zöchbauer | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
Franz Zöchbauer | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

Die Zusammenarbeit im Ökosystem als Motto beim VERBUND Venture Day ist nicht neu, der Diskurs, in den das Motto dieses Jahr eingebettet ist, durchaus: Auch hier dominiert das große Thema europäische Souveränität. Der Titel des diesjährigen Events lautet „Scaling Beyond Borders“.

10,25 Billionen Euro für die Energiewende

Zöchbauer drückt die Ambition hinter der eingeforderten Skalierung in Zahlen aus: Es brauche Schätzungen zufolge 10,25 Billionen Euro, um das Energiesystem Europas bis 2040 zu transformieren. „Das ist 70 mal das Volumen des Marshallplans oder das Volumen von 25 Jahren globale VC-Investments“, so der VERBUND-X-Geschäftsführer. Es handle sich also um eine epochale Investment-Chance. Doch er erinnert: „Zahlen ändern die Welt nicht. Menschen tun es.“

Achim Kaspar | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
Achim Kaspar | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

Dabei sei die Energiewende keineswegs nur ein Wunsch, sondern eine Notwendigkeit, betont VERBUND-COO Achim Kaspar in einer Panel-Diskussion unter dem Titel „Owning the Future“: „Wir sind an einem Wendepunkt. Man liest jeden Tag von Problemen beim Transport fossiler Energieträger. Wir müssen auf erneuerbare umsteigen.“ Für VERBUND sei dabei schon lange klar: „Wir wollen nicht das nächste Kodak werden.“

„Es laufen mehrere Energiewenden parallel“

Diese europäische Sicht auf die Energiewende setzt Angela Wilkinson, CEO des World Energy Council, im Panel und bei ihrer Keynote in die globale Perspektive: „Es laufen mehrere Energiewenden parallel. In Europa geht es um den hundertprozentigen Umstieg auf erneuerbare Energieträger. Im nahen Osten etwa geht es um Technologien, um den CO2-Ausstoß auch mit fossilen Energieträgern auf Null zu bringen.“

Angela Wilkinson | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
Angela Wilkinson | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

Bei der Souveränität gehe es letztlich um die Möglichkeit, sich seine Abhängigkeiten auszusuchen, „nicht um teuren Isolationismus“, meint Wilkinson. Was ihr insgesamt fehle, sei eine kollektive Vision für eine bessere Zukunft. „Wir haben klare Ziele bei der CO2-Reduktion, aber keine gemeinsame positive Perspektive. Wir haben die Energiewende zwar an die Wall Street gebracht, aber nicht auf die Hauptstraße, wo die Menschen sind.“

Konsequenter Fokus auf die Kund:innen

Darum, wie die Transformation direkt zu den Menschen gebracht werden kann, ging es in einem Talk von VERBUND-CEO Michael Strugl und Greg Jackson, Gründer von Octopus Energy. Strugl sieht das britischen Unternehmen dabei als Vorbild: „Octopus ist ein echter Champion, wenn es um Kundenservice geht.“ Als er Jackson zum ersten Mal nach dessen Geschäftsmodell gefragt habe, sei die Antwort denkbar simpel gewesen: „Ich will den Kunden weniger verrechnen.“ Dieser konsequente Fokus auf die Kund:innen sei der Schlüssel, sagt Strugl.

Michael Strugl | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
Michael Strugl | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

Viele Energieunternehmen würden Kund:innen bisher nur als reine Abnehmer verstehen, meint Jackson. Octopus setze stattdessen auf radikale Vereinfachung und digitale Flexibilität: „Statt schwer lesbarer, regulierter PDFs nutzen wir einfache E-Mails, auf die man direkt antworten kann.“ Diese Kundennähe gepaart mit intelligenter Steuerung – etwa beim Laden von Elektrofahrzeugen – sei der Treiber für das rasante Wachstum des Unternehmens. Für Strugl ist das eine klare Orientierung für die gesamte Branche: „Innovatoren und Disruptoren helfen uns dabei, das gesamte System in ein erneuerbares, dezentrales und digitalisiertes Energiesystem zu verwandeln.“

Tragende Rolle für Gründer:innen – Unis entscheidend

Es sind also nicht nur Politiker:innen und Verantwortliche in Energiekonzernen, sondern auch Gründer:innen, die bei der Energiewende eine tragende Rollen spielen. Hier wiederum sind die Universitäten entscheidende Akteure, wie Franz Zöchbauer am Panel gemeinsam mit WU-Wien-Rektor Rupert Sausgruber und TU-Wien-Rektor Jens Schneider erläutert. „Es gibt im Energiesektor so viel Potenzial, aber man braucht nicht nur viel Geld sondern auch die Ideen“, bringt es Schneider auf den Punkt.

Jens Schneider (l.) und Rubert Sausgruber (r.) | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

„Starke Gründer:innen, aber viele Hindernisse am Weg“

Dass natürlich auch die Politik ihren Beitrag leisten muss, um die Skalierung über die Grenzen hinaus zu ermöglichen, erörtert Startup-Staatssekretärin Elisabeth Zehetner in ihrer Keynote. Man müsse die Herausforderung angehen, Startups in Europa zu halten. „Wir haben starke Gründer:innen, aber viele Hindernisse am Weg“, sagt Zehetner und spricht nicht nur das bekannte Thema Wachstumskapital, sondern unter anderem auch die Ausgründungsbedingungen für universitäre Spinoffs an.

Elisabeth Zehetner | (c) VERBUND / elephant and porcelaine
Elisabeth Zehetner | (c) VERBUND / elephant and porcelaine

Als konkrete Maßnahmen – teils auf europäischer, teils auf nationaler Ebene – nennt die Staatssekretärin etwa den European Scaleup Fund und den heimischen Dachfonds und die Notwendigkeiten, die europäische Kapitalmarktunion zu stärken und die Mitarbeiter:innenbeteiligung auch durch steuerliche Anreize weiter zu verbessern. Denn letztlich sei das Ziel – ganz getreu dem Motto des Venture Days – klar: „Erfinde dein Produkt hier, bau dein Unternehmen hier und skaliere hier, aber verkaufe dein Produkt in die ganze Welt.“

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