Entschlüsselung der Parkinson-Krankheit mit KI und der Cloud

KI- und Cloud-Lösungen von Amazon Web Services (AWS) ermöglichen es, Deep-Learning-Algorithmen zu entwickeln, zu trainieren und bereitzustellen, die Medizin und Forschung helfen, das individuelle klinische Profil und den Krankheitsverlauf von Parkinson besser zu verstehen.

Nach Angaben der WHO leben mehr als 10 Millionen Menschen mit der Parkinson-Krankheit, und die Zahl der Betroffenen verdoppelt sich alle 25 Jahre. Die immensen Rechenkapazitäten der Cloud und die immer schnelleren Möglichkeiten des maschinellen Lernens (ML) und der künstlichen Intelligenz bieten jedoch neue Hoffnung. Indem sie unser Verständnis des Gehirns und der Auswirkungen der Parkinson-Krankheit verändern, können sie die Diagnose beschleunigen, neue Behandlungen entwickeln und die Patienten selbst besser unterstützen.

Um ein echtes Heilmittel für Parkinson zu finden, muss eine riesige Menge verschiedener Daten gesammelt und analysiert werden, und es muss ein viel tieferes und detaillierteres Verständnis des Gehirns gewonnen werden, um neue Behandlungsformen zu ermöglichen.

Entschlüsselung von Genomen im großen Maßstab

Bis zu 15 % der Parkinson-Fälle lassen sich derzeit auf Deletionen oder Mutationen in den Genen der Betroffenen zurückführen. Je mehr DNA-Daten den Forschern zur Verfügung stehen, desto mehr dieser Zusammenhänge können sie entdecken und genetische Marker aufdecken, die vor einer Anfälligkeit für die Krankheit warnen können. Diese ermöglichen eine frühere Diagnose und können den Weg zu Behandlungen weisen. Das Unternehmen Ultima Genomics hat Software, Algorithmen und das Training seiner KI-Modelle auf AWS für seinen DNA-Sequenzer der nächsten Generation entwickelt. Diese skalierbare Architektur senkt die Kosten für die Sequenzierung eines gesamten menschlichen Genoms von etwa 1.000 Dollar auf nur 100 Dollar.

Erfahrungen der Patienten in verwertbare Daten umwandeln

Die immense Vielfalt der Parkinson-Symptome und -Erfahrungen bedeutet, dass die Patienten selbst eine unschätzbare Rolle bei der Förderung des medizinischen Verständnisses spielen. Im Rahmen einer Forschungsinitiative zur Evaluierung des Einsatzes von Wearable-Technologien zur Messung und Verfolgung von Parkinson-Symptomen ist die Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research (MJFF) eine Partnerschaft mit Intel eingegangen und nutzt deren Big-Data-Analyseplattform zur Durchführung einer Reihe von Forschungsprojekten. Diese Plattform wird auf der AWS-Infrastruktur gehostet und verwendet verschiedene skalierbare Big-Data- und IoT-Technologien, um Daten von Smartphones und tragbaren Geräten der Studienteilnehmer zu sammeln, zu verarbeiten und zu speichern.

KI-Lösungen zur Überwachung von Veränderungen des Hirngewebsvolumens

Proteine sind nicht der einzige potenzielle Biomarker für Parkinson, der mit Hilfe von Cloud-Datenanalyse und KI untersucht wird. Icometrix nutzt KI-Lösungen für die Bildgebung, um Veränderungen des Hirngewebsvolumens zu überwachen und zu untersuchen, wie diese mit dem Fortschreiten der Krankheit korrelieren. Durch den Neuaufbau seiner Deep Learning-Pipeline (Inferenz) unter Verwendung der AWS-Infrastruktur konnte Icometrix die Genauigkeit erheblich verbessern und gleichzeitig die Berechnungszeit reduzieren.

„Unsere Zusammenarbeit mit AWS ermöglicht es uns, Deep-Learning-Algorithmen zu entwickeln, zu trainieren und bereitzustellen, die Klinikern helfen, das individuelle klinische Profil und den Krankheitsverlauf von Parkinson besser zu verstehen - einschließlich der neurologischen Grundlagen der motorischen und kognitiven Komponenten", sagt Dirk Smeets, CTO von Icometrix.

Zelluläre Karte des Gehirns zur Identifizierung von Behandlungszielen

Die Kartierung von Veränderungen in den 200 Milliarden Zellen, die das Gehirn enthält, ist eines der Ziele der Brain Knowledge Platform, das die weltweit größte Open-Source-Datenbank mit Gehirnzelldaten auf AWS aufbaut. Durch die Kombination von AWS-Hochleistungs-Computing-Services mit KI- und ML-Services (Machine Learning) wie Amazon SageMaker kann die Brain Knowledge Platform die Eigenschaften verschiedener Gehirnzelltypen entschlüsseln und überwachen, was mit ihnen passiert, wenn neurologische Krankheiten fortschreiten.

Durch AWS wird die Brain Knowledge Platform zu einem offenen Register neurologischer Daten, das Ärzten und Forschern weltweit zur Verfügung steht. Sie könnte es Ärzten beispielsweise ermöglichen, Krankheiten wie die Parkinson-Krankheit besser zu diagnostizieren und die Tür zu neuen Therapien zu öffnen, um Veränderungen zu verhindern, die zum Verlust von Dopamin produzierenden Neuronen führen, und so die Ursache der Krankheit zu bekämpfen. 

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