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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Europa-Chef von Philip Morris Marco Hannappel bei der Präsentation zum EU Economic Footprint 2026. © Philip Morris / Footprint study 2026

Die Solvay Library in Brüssel hat etwas festlich Anmutendes. Der Raum wird von indirektem Tageslicht durchflutet, dezentes künstliches Licht sorgt für eine heimelige Stimmung. Vorne stehen drei Talkshow-Sessel, der mittlere ist stark ausgeleuchtet. Auf ihm wird später der Europa-Chef von Philip Morris International, Marco Hannappel, Platz nehmen. Der weltweit führende private Tabakproduzent veranstaltet ein Event, bei dem er neben seiner EU-Wertschöpfung auch seine Transformation weg von herkömmlichen Zigaretten hin zu einer selbsternannten „rauchfreien Zukunft“ bewirbt. Wobei „rauchfrei“ hier E-Zigaretten, Tabakerhitzer und Nikotinbeutel inkludiert.

Gleich vorweg: Philip Morris präsentiert in knapp 60 Minuten und auf 52 Seiten seinen EU Economic Footprint 2026, wobei die Daten von EY-Parthenon verarbeitet wurden. Die Marke, die zum Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsnetzwerk EY gehört, schreibt im Disclaimer: „Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Daten von uns nicht unabhängig geprüft oder verifiziert wurden. Daher übernimmt EYP keine Gewähr oder Garantie für die Richtigkeit, Zuverlässigkeit oder Vollständigkeit der von PMI bereitgestellten Daten.“ Wenig überraschend fällt der Bericht sehr gut für den Tabakriesen aus. Philip Morris International liefere über 300 Milliarden Euro Gesamtbeitrag zur EU und sei für rund 0,4 Prozent des EU-BIP verantwortlich.

Alternative Produkte wie E-Zigaretten als „die bessere Wahl“

„Die Nachfrage nach den Nikotinprodukten ist da. Natürlich ist es immer am besten, gänzlich auf Tabak- und Nikotinprodukte zu verzichten. Für erwachsene Raucherinnen und Raucher, die andernfalls weiter rauchen würden, sind rauchfreie Alternativen die bessere Wahl als das Fortsetzen des Zigarettenkonsums“, erklärt Philip Morris Austria. Seine Antworten erhält brutkasten von der Presseabteilung.

Philip Morris versucht daher, eine Branche neu zu denken, und das nicht seit gestern, wie brutkasten berichtete. IQOS, Philip Morris’ eigene Marke für Tabakerhitzer, wurde vor über zehn Jahren in den Markt eingeführt. „Wenn es um innovative Produkte geht, dann ist IQOS unsere wichtigste Plattform. Wir entwickeln sie ständig weiter in Richtung höherer Leistung und geringerer Emissionen“, sagt Hannappel gegenüber brutkasten. Neu sind jedoch die Dimensionen, die Philip Morris erreicht. Im vierten Quartal dieses Jahres werden laut eigenen Angaben bereits 50 Prozent der Nettoumsätze in Europa mit alternativen Produkten erwirtschaftet.

Technologieunternehmen Philip Morris

Philip Morris möchte sich weg vom klassischen Tabakunternehmen und Zigarettenhersteller hin zu einem Technologieunternehmen entwickeln (brutkasten berichtete). So betreibt Philip Morris in Portugal ein Zentrum für generative KI, um globale Geschäftsabläufe zu unterstützen, wobei KI-Technologien eingesetzt würden, um die Entscheidungsfindung zu verbessern, Prozesse zu automatisieren und die Unternehmensleistung zu steigern. Für Philip Morris ein wichtiger Schritt, um die Transformation umsetzen zu können.

Im April dieses Jahres gab Philip Morris die Umgestaltung eines Werkes in Berlin-Neukölln bekannt. Anstatt Zigaretten zu produzieren, wird hier an Zukunftstechnologien wie KI oder Robotik gearbeitet.

Europa beschreibt Philip Morris International in seinem Bericht als globalen Hub für „Innovation, Produktion und Export“. Sein Zentrum für Innovationen betreibt Philip Morris International im schweizerischen Neuchâtel, wo Wissenschaftler und Ingenieure an den alternativen Produkten arbeiten. 2,2 Milliarden sollen hier zwischen 2021 und 2025 in die Forschung und Entwicklung investiert worden sein.

Philip Morris und Startups

Der Tabakriese setzt auch auf innovative Ideen von Startups. In dem Projekt „Be Leaf – Be The Future“ entwickeln sie Lösungen in den Bereichen der Agrartechnologie, Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. Ein Beispiel ist das bayerische Startup Bioplasmar, das eine biologisch abbaubare Alternative zu herkömmlichem Kunststoff herstellt.

Auch in der österreichischen Startup-Szene ist Philip Morris aktiv. Im Mai diesen Jahres erwarb das Unternehmen mit seiner Tochter Aspeya 5,7 Prozent von Waterdrop im Zuge einer Finanzierungsrunde von insgesamt über 100 Millionen Euro.

Zielgruppe: Keine neuen Raucher:innen

„Wenn du bei uns in Wien in die Boutique gehst und sagst ‚Ich hätte gern das Produkt‘, dann ist die erste Frage, die dir gestellt wird: ‚Bist du volljährig'“, erklärt Philip Morris Austria. Auch online will man entsprechende Altersüberprüfungen durchführen. In Österreich arbeitete Philip Morris daher an einem Pilotprojekt zur Altersschätzung per Gesichtserkennung. Auch hier soll KI unterstützen.

„Wenn du volljährig bist, wirst du beraten. Aber nur, wenn du die zweite Frage auch mit ‚Ja‘ beantwortest, und zwar: ‚Sind Sie Konsument von Nikotin- oder Tabakprodukten?'“, heißt es von Philip Morris Austria. Man wolle nicht die Firma sein, über die Menschen mit dem Rauchen beginnen.

Kurzum: Philip Morris präsentiert sich als Unternehmen, das verantwortungsvoll mit sensiblen Themen wie Nikotin umgeht.

Der offene Brief von Frankreich und Co.

Ein Grund dafür kann der wachsende politische Druck sein. Am 6. Oktober schrieben sieben EU-Staaten rund um Frankreich und Spanien einen offenen Brief an den EU-Kommissar für Gesundheit und Tierschutz, Olivér Várhelyi. Sie sehen Regulierungslücken in der Produkt- und Werberichtlinie der Tabakindustrie. Daher fordern sie einen Stopp, neue Produkte „mit Hilfe von aggressivem Marketing und unbegründeten Behauptungen über ein geringeres Risiko auf den europäischen Markt zu bringen, mit dem Ziel, (junge) EU-Bürger zum finanziellen Vorteil der Industrie abhängig zu machen.“ Außerdem fordern die EU-Staaten für alle Produkte ein Aromenverbot sowie ein vollständiges Verbot von Nikotinbeuteln.

Hannappel hat mittlerweile auf dem Podium Platz genommen, seine Präsentation ist vorbei und er beantwortet Fragen von Journalist:innen aus ganz Europa. Angesprochen auf ein Nikotinbeutel-Verbot in Ländern wie z. B. Frankreich antwortet er: „Meiner Ansicht nach sind Verbote nie eine gute Option, weil dann in einigen Fällen illegale Märkte entstehen und man die Möglichkeit verliert, die Konsumenten zu erreichen.“

Das Event stand zwar im Zeichen des Economic Footprint, zeigt aber auch eine Firma, die versucht, sich an eine veränderte Welt anzupassen. Die Marschrichtung hin zu alternativen Produkten will man weiter verfolgen. Hannappel meint, ein solches Event jedes Jahr machen zu wollen, um ein besseres Verständnis in Europa zu erzeugen. Jedenfalls wird Philip Morris gespannt nach Brüssel blicken. Denn die nächste richtungsweisende Entscheidung der EU-Kommission bezüglich der geplanten Überarbeitung des Rechtsrahmens soll noch bis Ende 2026 fallen.


Transparenzhinweis: Die Reise- und Aufenthaltskosten wurden von Philip Morris Austria übernommen. Auswahl und Bewertung der Themen erfolgten unabhängig davon.

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