KI blickt in die Augen, um den Verlauf der Alzheimer-Krankheit aufzudecken

AI auf Neuronenebene für die Beurteilung der Alzheimer-Krankheit aus Augen Fundusbildern

Author

Christian
November 05, 2024

Ein bahnbrechendes künstliches Intelligenz (KI) System könnte es Ärzten bald ermöglichen, den Verlauf der Alzheimer-Krankheit durch einen einfachen Augenscan zu verfolgen.Forscher haben ein neuartiges erklärbares KI-Framework entwickelt, das den Verlauf der Alzheimer-Krankheit anhand von Bildern der Netzhaut, dem lichtempfindlichen Gewebe im hinteren Teil des Auges, beurteilen kann.

Die in Scientific Reports veröffentlichte Studie stellt das Granular Neuron-level Explainer (LAVA) Framework vor. Dieser innovative Ansatz kombiniert Deep Learning mit einer Analyse auf Neuronenebene, um aussagekräftige Informationen aus Netzhautbildern zu extrahieren.

„Frühzeitige Erkennung und Diagnose von AD sind entscheidend, um den Krankheitsverlauf zu verändern“, betonen die Forscher. Derzeitige Methoden zur Diagnose der Alzheimer-Krankheit beinhalten oft invasive oder teure Verfahren. Die Möglichkeit, die Krankheit durch Augenscans zu erkennen und zu überwachen, könnte Strategien zur Früherkennung und Behandlung revolutionieren.

Das LAVA-Framework: Sehen durch die Augen der KI

Das LAVA-Framework baut auf einem Standard-Bildklassifizierungsmodell auf, geht aber noch einige Schritte weiter. Durch die Untersuchung der Aktivierungen einzelner künstlicher Neuronen innerhalb des Netzwerks kann das System subtile Muster identifizieren, die verschiedenen Stadien der Alzheimer-Krankheit entsprechen.

„Wir zeigen, dass solche Metriken eine ansteigende Sequenz von Messungen über Cluster hinweg bilden, was die Idee unterstützt, dass solche latenten Cluster auf das AD-Kontinuum hinweisen“, erklären die Autoren. Dies bedeutet, dass die KI Individuen entlang eines Spektrums der Krankheitsprogression einordnen kann, anstatt sie einfach als Alzheimer-krank oder nicht zu klassifizieren.

Von Augenscans zur Gehirngesundheit

Die Forscher validierten ihre Ergebnisse mithilfe von kognitiven Testergebnissen und Messungen der Netzhautblutgefäße aus der UK Biobank. Sie fanden heraus, dass sowohl die kognitive Leistung als auch die Gefäßgesundheit über die von der KI identifizierten Cluster hinweg abnahmen, was den Zusammenhang zwischen Netzhautveränderungen und Gehirngesundheit unterstützt.

Diese Verbindung ist nicht völlig überraschend. Die Netzhaut wird oft als „Fenster zum Gehirn“ beschrieben, da sie ähnliche Gewebetypen aufweist und direkt mit dem zentralen Nervensystem verbunden ist. Veränderungen in den Blutgefäßen und der Gewebestruktur der Netzhaut wurden bereits zuvor mit verschiedenen neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht.

Kartierung der Alzheimer-Reise

Einer der spannendsten Aspekte dieser Forschung ist die Fähigkeit der KI, sieben verschiedene Cluster entlang des Alzheimer-Kontinuums zu identifizieren. Diese reichen von gesunden kognitiven Zuständen bis hin zu schwereren Stadien der Krankheit. Diese feinkörnige Klassifizierung könnte Ärzten helfen, den Krankheitsverlauf genauer zu verfolgen und Behandlungen auf das spezifische Stadium eines Individuums zuzuschneiden.

Das System generiert auch visuelle Erklärungen, die die Regionen des Netzhautbildes hervorheben, die für seine Entscheidungen am wichtigsten sind. Diese Transparenz könnte dazu beitragen, Vertrauen in die Beurteilungen der KI aufzubauen und Klinikern wertvolle Einblicke in den Krankheitsprozess zu geben.

Zukünftige Implikationen: Ein neues Werkzeug zur Früherkennung

Obwohl weitere Validierungen erforderlich sind, birgt diese Technologie ein immenses Potenzial für die Zukunft der Alzheimer-Versorgung. Früherkennung ist entscheidend für die Behandlung der Krankheit und die mögliche Verlangsamung ihres Fortschreitens. Ein einfacher, nicht-invasiver Augenscan, der Alzheimer in seinen frühesten Stadien erkennen kann, könnte zu rechtzeitigeren Interventionen und besseren Patientenergebnissen führen.

Die Forscher stellen sich vor, dass dieses Werkzeug für groß angelegte Screening-Programme eingesetzt werden könnte, wodurch Ärzte gefährdete Personen lange vor dem Auftreten von Symptomen identifizieren könnten. Es könnte auch eine Möglichkeit bieten, die Wirksamkeit von Behandlungen im Laufe der Zeit zu überwachen.

Mit der Alterung unserer Bevölkerung wird der Bedarf an effizienten und genauen Werkzeugen zur Diagnose und Überwachung von Alzheimer immer dringlicher. Dieses KI-System, das in unsere Augen blickt, um den Zustand unseres Gehirns zu enthüllen, könnte eine mächtige neue Waffe im Kampf gegen diese verheerende Krankheit bieten.

Quelle

Yousefzadeh, N., Tran, C., Ramirez-Zamora, A. et al. Neuron-level explainable AI for Alzheimer’s Disease assessment from fundus images. Sci Rep 14, 7710 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-58121-8