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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Die Fahne der EU (c) Adobe Stock

Im aktuellen „European Innovation Scoreboard 2026“ der Europäischen Kommission behauptet sich Österreich im oberen europäischen Mittelfeld. Mit einer Innovationsleistung von 113 Prozent des EU-Durchschnitts im Jahr 2026 belegt das Land wie schon im Vorjahr den achten Rang unter den EU-Mitgliedstaaten und verbleibt in der Klasse der sogenannten „Strong Innovators“. Langfristig verzeichnet Österreich zwar einen Zuwachs der Innovationskraft von 8,9 Prozentpunkten gegenüber dem Basisjahr 2019, im Vergleich zu 2025 gab der nationale Gesamtindex jedoch um 2,3 Prozentpunkte nach. Diese Abschwächung spiegelt eine wirtschaftliche Dynamik wider, die infolge anhaltender externer Schocks und gestiegener Betriebskosten an internationaler Wettbewerbsfähigkeit eingebüßt hat.

Im Schatten der Spitzenreiter

Angeführt wird das europäische Gesamtklassement unverändert von der Schweiz, die mit 141,3 Prozent des EU-Durchschnitts den innovativsten Standort des Kontinents darstellt. Innerhalb der EU-Grenzen sichert sich erneut Schweden die Spitzenposition (139 Prozent), gefolgt von Dänemark und den Niederlanden. Finnland, das in den Vorjahren fest zur Spitzengruppe der „Innovation Leaders“ zählte, verlor an Schwung und stürzte in die Leistungsklasse Österreichs ab.

Im Vergleich mit dem größten Handelspartner Deutschland (EU-Rang 9) hat Österreich zwar knapp die Nase vorn. Einige Diskrepanzen: Während Deutschland bei den forschungsbezogenen Staatsausgaben im öffentlichen Sektor auf Platz 5 liegt, belegt Österreich hier den hervorragenden dritten Platz. Bei der direkten und indirekten steuerlichen Forschungsförderung für Betriebe verweist Österreich den Nachbarn (Deutschland Rang 23) mit dem vierten Platz klar auf die hinteren Ränge.

Die Achillesferse: Wagniskapital und Skalierungsbarrieren

Für die heimische Startup- und Scaleup-Szene liefert das Scoreboard eine ernüchternde Bilanz in puncto Wachstumsfinanzierung. Als chronischer Schwachpunkt erweist sich einmal mehr der Bereich Venture Capital: Bei den Wagniskapital-Investitionen erreicht Österreich magere 47,9 Prozent des EU-Durchschnitts und belegt im EU-Vergleich lediglich Platz 15.

Diese strukturelle Finanzierungslücke schlägt sich auch im komplementären „European Startup and Scaleup Scoreboard“ (ESSS) nieder: Zwar wird Österreich dort mit 113,8 Prozent des EU-Durchschnitts auf Rang 10 als „High-performing“ eingestuft, die Erhebung attestiert dem Standort jedoch eine deutliche Diskrepanz zwischen einer hohen Startup-Dichte pro Kopf und einer gleichzeitig unterdurchschnittlichen Zahl an schnell wachsenden Unternehmen („Centaurs“ und „Unicorns“). Bereits im Zuge des letztjährigen Rankings stand die stagnierende Entwicklung im Fokus der Kritik, insbesondere im Hinblick auf strukturelle Finanzierungshemmnisse (brutkasten berichtete).

Spürbarer Rückgang bei KMU-Innovationen trotz starker Schutzrechte

Sorge bereiten zudem die Innovationsaktivitäten im KMU-Bereich. Der Anteil kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU), die Produkt- oder Geschäftsprozessinnovationen einführen, ist mittelfristig deutlich zurückgegangen – ausgewiesen wird ein Minus von 24,4 Prozentpunkten bei Produkt- bzw. 21,2 Prozentpunkten bei Prozessinnovationen seit dem Jahr 2019. Demgegenüber steht eine traditionelle Stärke bei der Sicherung von geistigem Eigentum, wo Österreich im Bereich der intellektuellen Vermögenswerte im EU-Vergleich den hervorragenden zweiten Platz belegt.

Doch auch dieses Fundament zeigt Ermüdungserscheinungen: Seit 2019 verzeichneten die Designanmeldungen einen spürbaren Rückgang um 49,7 Prozentpunkte, während Patentanmeldungen (-16,8 Prozentpunkte) und Markenanmeldungen (-11,1 Prozentpunkte) ebenfalls schrumpften. Positiv hervorzuheben ist die enge Vernetzung im System bei den öffentlich-privaten Co-Publikationen (EU-Rang 3), wenngleich die Jobmobilität von hochqualifizierten Fachkräften in Wissenschaft und Technologie im Jahresvergleich um empfindliche 32,4 Prozentpunkte einbrach.

Das Transferproblem: Viel Input, zu wenig messbarer Output

Ein altbekanntes, strukturelles Paradoxon des österreichischen Innovationssystems bleibt die mangelnde Effizienz im Transfer von Forschungserfolgen in den Markt. Während das Land beim reinen Innovations-Input die dritthöchsten Investitionen in der EU verzeichnet, reicht es beim tatsächlichen Output nur für Rang 8. Besonders deutlich wird dies bei den Verkäufen von Marktneuheiten und firmeninternen Innovationen, bei denen das Land seit 2025 einen spürbaren Rückgang verzeichnet. Dem Standort gelingt es somit unzureichend, seine enormen Forschungsförderungen und Investitionen in marktfähige, produktivitätssteigernde Produkte zu übersetzen.

Digitalisierung und weitere Kernbereiche im Überblick

In den weiteren Dimensionen des Scoreboards zeichnet sich ein differenziertes Bild ab:

  • Digitalisierung (Rang 14): Ein widersprüchliches Feld. Die Verfügbarkeit von High-Speed-Internet hinkt mit Rang 23 im EU-Vergleich hinterher, hat sich jedoch seit 2019 um 174,7 Prozentpunkte verbessert.
  • Forschungssysteme & Human Ressources: Österreich verfügt über ein hochattraktives akademisches System (Rang 8), getragen von einem sehr hohen Anteil ausländischer Doktoratsstudierender (Rang 5). Bei den Human Ressources insgesamt reicht es wegen einer im EU-Vergleich geringeren Akademikerquote jedoch nur für Rang 14.
  • Nachhaltigkeit & Außenhandel: Während der heimische Öko-Innovations-Index mit 177,1 Prozent weit über dem EU-Schnitt von 127,5 Prozent liegt (beides gemessen an 2019), ist der konsumbedingte Treibhausgas-Fußabdruck fast 20 Prozent zu hoch. Zudem schwächelt Österreich massiv beim Export wissensintensiver Dienstleistungen.

Das politische Spannungsfeld: „Champions League“ vs. „Ergebnisverwaltung“

Die Interpretation des achten Platzes sorgt auf nationaler Ebene für teils konträre Statements von Politik und Wirtschaft. Wirtschaftsminister Wolfgang Hattmannsdorfer unterstreicht: „Das European Innovation Scoreboard zeigt klar: Österreich investiert überdurchschnittlich in Forschung und Innovation. Beim Output schöpfen wir dieses Potenzial aber noch nicht ausreichend aus.“ Mit Platz 3 beim Input und Platz 8 beim Output könne man sich nicht zufriedengeben; man müsse exzellente Forschung schneller in marktfähige Produkte übersetzen.

Innovationsminister Peter Hanke betont wiederum die Stabilität in einem wirtschaftlich anspruchsvollen Umfeld: „Platz 8 im European Innovation Scoreboard ist ein starkes Zeugnis für den Innovationsstandort Österreich. Dieses Ergebnis kommt nicht von ungefähr: Es ist der Verdienst unserer Unternehmen, Forschungseinrichtungen und der vielen klugen Köpfe in diesem Land.“ Er verweist auf das massive staatliche Investment von 5,5 Milliarden Euro durch den FTI-Pakt bis 2029. Stefan Harasek, Präsident des Patentamts, hält fest: „Diese starke Platzierung bestätigt einmal mehr: Österreich zählt in der sich nur zögerlich erholenden Wirtschaftsdynamik zu den Innovationsmotoren Europas und muss sich auch im internationalen Vergleich nicht verstecken.“

Eine gänzlich andere Tonlage schlägt die Industriellenvereinigung (IV) ein. Generalsekretär Christoph Neumayer warnt vor Selbstzufriedenheit: „Der Abstand zur europäischen Spitze droht zum Dauerzustand zu werden. Wir stecken mit Platz 8 im Mittelfeld fest.“ Wer ein „Innovation Leader“ werden wolle, müsse deutlich dynamischer agieren und an Geschwindigkeit zulegen. Neumayer zieht dabei einen sportlichen Vergleich heran: „Wer an die Spitze will, darf nicht nur auf Ergebnisverwaltung spielen. Champions entstehen durch Geschwindigkeit und Angriff, nicht in der Defensive.“

Auch Jochen Danninger, Generalsekretär der Wirtschaftskammer Österreich (WKÖ), mahnt zur Bewegung: „Österreich behauptet sich im European Innovation Scoreboard 2026 erneut auf Rang 8 […] gleichzeitig zeigt das aktuelle Ergebnis aber auch, dass wir uns auf diesem Erfolg nicht ausruhen dürfen.“ Der Vergleich mit 2023 – als Österreich noch bei knapp 120 Prozent des EU-Schnitts lag – zeige deutlich, dass zusätzliche Dynamik notwendig sei, um den Anschluss an die europäische Spitzengruppe nicht zu verlieren.

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