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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Georg Weber, COO (links) und Florian Berger, CEO (rechts) übernehmen mit Flottenfuchs das komplette Fuhrparkmanagement für Unternehmen. | (c) Flottenfuchs

Florian Berger und Georg Weber waren zuletzt maßgeblich am Aufbau und operativen Geschäft des Wiener Energie-Startups heizma beteiligt. Dort arbeiteten sie eng zusammen und beschlossen, auch nach ihrem Abschied gemeinsam unternehmerisch tätig zu werden. Was genau sie machen wollten, war zunächst allerdings unklar. Sie überlegten einen Installationsbetrieb zu übernehmen oder eine KI-Agentur zu gründen.

Eine weitere Möglichkeit ergab sich aus ihrer bisherigen Arbeit bei heizma. Berger hatte dort unter anderem den Fuhrpark betreut. Als die Übergabe seiner Aufgaben anstand, fragte er sich: „Der Fuhrpark ist bereit für die Übergabe, aber wem übergebe ich das jetzt eigentlich?“. Eher scherzhaft schlug er Weber vor, die Verwaltung selbst als externe Dienstleistung anzubieten. Die beiden beschäftigten sich daraufhin intensiver mit dem Geschäftsmodell und entschieden sich Anfang 2026 schließlich für Flottenfuchs.

Eine externe Abteilung für Firmenflotten

„Der Fuhrpark ist ein Wanderpokal in einer Firma. Keiner will ihn, aber man erbt ihn“, sagt Berger. Aufgaben wie Leasingverträge, Werkstatttermine oder Schadensabwicklung werden in vielen Betrieben neben dem Tagesgeschäft erledigt. Gerade kleinere Unternehmen verfügen häufig über keine eigene Fuhrparkabteilung.

Hier setzt das Startup an. Flottenfuchs übernimmt die operative Verwaltung von Firmenfahrzeugen, von der Beschaffung über Wartungen und Reifenwechsel bis zur Schadensabwicklung und Kommunikation mit den Fahrer:innen. Auch gesetzliche Pflichten wie Führerscheinkontrollen gehören zum Angebot.

Zu Beginn analysiert Flottenfuchs den bestehenden Fuhrpark und sucht nach Einsparpotenzialen, etwa bei Versicherungs- und Leasingkonditionen. Nach eigenen Angaben lassen sich Fuhrparkkosten um bis zu 30 Prozent reduzieren. Für die laufende Gesamtbetreuung zahlen Unternehmen einen monatlichen Fixbetrag pro Fahrzeug.

Eigene Software statt zugekaufter Lösung

Die technische Grundlage bildet die selbst entwickelte, KI-gestützte Plattform FlottenfuchsOS. Ursprünglich wollten Berger und Weber eine bestehende Software zukaufen. Nach mehreren Tests entschieden sie sich jedoch dagegen. Laut Berger hätten sie bei den verfügbaren Lösungen nur rund 15 bis 20 Prozent der Funktionen tatsächlich benötigt.

Stattdessen entwickelten sie eine eigene Plattform, die Fahrzeug-, Vertrags- und Kostendaten bündelt, Fristen überwacht und Abweichungen bei verrechneten Leistungen erkennt. Die Softwareentwicklung verantwortet vor allem Weber. „Er ist ein Prozessguru und automatisiert so viel wie möglich“, sagt Berger über seinen Mitgründer.

Unterstützung erhalten die beiden von Florian Rosenberg, mit dem Berger bereits beim IT-Dienstleister Crayon am Aufbau eines Data-&-AI-Geschäftsbereichs gearbeitet hatte. Rosenberg steht Flottenfuchs als Advisor zur Seite.

Auch beim Fahrverhalten der Mitarbeiter:innen sieht das Gründerduo durch Gamification Einsparpotenzial. Eine eigene App soll Fahrer:innen spielerisch dazu motivieren, sparsamer unterwegs zu sein. Dafür können sie beispielsweise ihren Kraftstoffverbrauch und ihre Tankkosten miteinander vergleichen. Unternehmen entscheiden selbst, wie sie die Ergebnisse nutzen.

Bereits mehrere hundert Fahrzeuge in Betreuung

Das Wiener Startup wurde erst im August dieses Jahres gegründet und betreut laut eigenen Angaben bereits rund 20 Unternehmen mit insgesamt mehreren hundert Fahrzeugen. Zu den Kunden gehören neben heizma auch Daikin, Beinkofer und Flamingo Energy. Gewonnen wurden diese laut Berger vor allem über das persönliche Netzwerk und Weiterempfehlungen. Nicht alle Kunden lassen ihren gesamten Fuhrpark betreuen, manche beauftragen Flottenfuchs zunächst mit Einzelleistungen wie z.B. der Analyse des Fuhrparks.

Das Startup ist bislang vollständig eigenfinanziert und will vorerst ohne externe Investoren wachsen. Aktuell richtet sich das Angebot vor allem an Unternehmen mit fünf bis 150 Fahrzeugen und umfasst Pkw sowie Nutzfahrzeuge bis 3,5 Tonnen. Langfristig wollen Berger und Weber weitere Formen der betrieblichen Mobilität abdecken. Ihr erklärtes Ziel ist es, Flottenfuchs als führenden Mobilitätsmanager in Österreich und Europa zu etablieren.

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