Künstliche Intelligenz verändert das Gesundheitswesen

Stephen Hawking, Elon Musk, Steve Wozniak und Bill Gates verbindet eine Sorge: Roboter könnten die Weltherrschaft übernehmen. Ganz so einfach ist es allerdings nicht. Alle vier haben die Techbranche geprägt und von ihr profitiert. Sie sehen das Potenzial künstlicher Intelligenz, bleiben dabei aber vorsichtig.

Stephen Hawking, Großbritanniens führender theoretischer Physiker, sagte der BBC 2014, dass „die Entwicklung einer vollständigen künstlichen Intelligenz das Ende der Menschheit bedeuten könnte“. Ironischerweise beschrieb er dabei die KI-Technik von Intel, mit deren Hilfe er spricht. Der Professor leidet an amyotropher Lateralsklerose (ALS), einer neurologischen Erkrankung, die motorische Fähigkeiten wie das Sprechen beeinträchtigt. Hawking fürchtet eine KI, die dem Menschen intellektuell überlegen wäre, „sich selbstständig machen und sich in immer höherem Tempo neu entwerfen würde“.

Abseits solcher Zukunftsdystopien versprechen KI-Anwendungen dem Gesundheitswesen deutlich mehr Effizienz bei erheblich geringeren Kosten. Ein Beispiel ist die Smartphone-App Swiftkey, die Hawkings Sprache erlernt und vorhersagt. Das Potenzial reicht von Medizin, Gesundheitsvorsorge und Arzneimitteln über die Dokumentation bis zum Gedächtnistraining. Schon heute wirken sich KI-Innovationen in Versorgung, Diagnose und Behandlung auf die Bilanzen der Branche aus. Auch Patienten erhalten für ihre Gesundheitsausgaben mehr Leistung.

Vielleicht erklärt das, warum 2016 und 2017 mehr als 100 neue Gesundheits-Start-ups entstanden, die maschinelles Lernen für Medizin, Patientenservice und Krankenhausverwaltung einsetzen. Das renommierte Forschungs- und Beratungsunternehmen Frost & Sullivan prognostiziert, dass Gesundheitsbranche und Verbraucher bis 2021 fast sechs Milliarden US-Dollar für KI-Werkzeuge ausgeben werden.

KI verändert das Gesundheitswesen

Watson: das Schreckgespenst der KI

Künstliche Intelligenz ist, kurz gesagt, ein maschinelles Gehirn. Sie ermöglicht Computern, was Menschen können: sehen, hören, schlussfolgern, analysieren und entscheiden. Grundlage sind Algorithmen für maschinelles Lernen – also Rechenvorschriften, ähnlich den Regeln der Division in der Mathematik – sowie kognitive Technologien, die etwa in Siri oder Ok Google unsere Fragen in natürlicher Sprache verstehen und beantworten.

Weiter geht Siris großer Bruder Watson von IBM: Er hat Jeopardy! gewonnen und assistiert Onkologen. IBM baute den Supercomputer 2011; er kann eine Million Bücher pro Sekunde „lesen“ und deren Inhalt speichern. Anders als andere Supercomputer jener Zeit konnte Watson lernen. Mit der fortlaufenden Verarbeitung von Daten und Ergebnissen entwickelte er sich von der Datenanalyse zum kreativen „Denken“.

Um in der anspruchsvollsten Quizshow zu gewinnen – WAIs Versprechen für die Medizin: schnellere Diagnose und –, verschlang Watson die gesamte Wikipedia sowie Tausende Bücher und Zeitungen. Algorithmen für maschinelles Lernen ermöglichten es ihm, Muster in den riesigen Datenbeständen zu erkennen und daraus logische Schlüsse zu ziehen. So „riet“ sich Watson zum Sieg über die besten Teilnehmer der Sendung.

Anschließend begann Watson gewissermaßen ein Medizinstudium. Dr. Ned Sharpless leitet das Krebszentrum der University of North Carolina in Chapel Hill, wo Watson Genomik und Onkologie lernt. Ende 2016 berichtete Sharpless in einem Interview mit Charlie Rose für die CBS-Sendung 60 Minutes, Watson verarbeite die rund 8.000 täglich veröffentlichten Forschungsartikel, um neue Therapien und Behandlungen für Krebspatienten zu entdecken. Selbst ein Ärzteteam könne diese Menge unmöglich bewältigen.

Mehr als 25 Millionen Forschungsarbeiten lesen und scann14 Millionen krebskranke Amerikaner. Auch für Anwendungen außerhalb der Medizin, etwa das Lesen und Analysieren juristischer … das Web nach allen klinischen Studien durchsuchen: Watson fand nicht nur genetische Mutationen in Patientenakten und empfahl Behandlungen, die denen von Sharpless’ Spezialistenteam entsprachen. Wichtiger noch: Watson entdeckte neue Behandlungen, die den Menschen entgangen waren.

IBM will Watson über medizinische Hochschulen hinaus kommerziell einsetzen, um Onkologen bei der Behandlung der etwa 14 Millionen krebskranken Amerikaner zu unterstützen. Auch Anwendungen außerhalb der Medizin, etwa das Lesen und Analysieren juristischer Dokumente, sollen die 500 Millionen US-Dollar Umsatz ergänzen, die Watson IBM bereits einbringt.

Was KI der Medizin verspricht: schnellere Diagnosen und neue Behandlungen

Watson ist nicht allein. Auch andere KI-Anwendungen, darunter Chatbots, versprechen Unterstützung bei ärztlichen Aufgaben: beraten, behandeln und Fehlbildungen, Krankheiten sowie Beschwerden beheben. Für die Telemedizin, also aus der Ferne erbrachte klinische Leistungen wie virtuelle Sprechstunden, wird nach Berechnungen des MIT Sloan bis 2020 ein Wachstum von 700 Prozent erwartet.

Ärzte erhalten umfangreiche KI-Unterstützung durch Angebote wie Your.MD , das mithilfe von Wahrscheinlichkeitsberechnungen Symptome und Krankheitsbilder mit einem riesigen Datenbestand abgleicht. Die ärztlichen Assistenz-Chatbots von Babylon Health, Remedy vom MIT und Dr. A.I. helfen allesamt bei der Patientenverwaltung. Dr. A.I. etwa „hört“ oder „sieht“ Symptome, die Patienten dem Chatbot mündlich oder schriftlich schildern. Anschließend empfiehlt er ihnen, während der regulären Sprechzeiten einen Arzt aufzusuchen oder in die Notaufnahme zu gehen. Remedy, auch Remy genannt, erfasst die Krankengeschichte und fasst sie in Patientenakten zusammen. Diese werden an menschliche Ärzte weitergeleitet, um die Abläufe in der Patientenversorgung zu vereinfachen.

Ärzte werden entlastet, Patienten bekommen Antworten. KI-Assistenten ersparen Ärzten zeitraubende Krankenhausbesuche, die sowohl sie als auch die Patienten lieber vermeiden würden: Fälle, in denen eine einfache, aber entscheidende Auskunft gebraucht wird, etwa: „Mein Kind hat Bauchkrämpfe. Sollte ich mit meiner Tochter ins Krankenhaus fahren?“ Chatbot-Assistenten helfen, Notfälle nach Dringlichkeit zu ordnen. Sie werten große Mengen an Triage-Protokollen aus und berechnen Wahrscheinlichkeiten, um Symptome Krankheitsbildern zuzuordnen. So helfen die Bots, den Andrang in überfüllten Notaufnahmen zu bewältigen.
In der Augenoptik gibt es bereits Kontaktlinsen , die das Sehvermögen korrigieren, Fotos aufnehmen, Bilder projizieren sowie Augeninnendruck und Glukosewerte messen. Hinzu kommen dermatologische Apps , die die Haut direkt mit dem Smartphone auf Krebs untersuchen. Beide Anwendungen überwachen und korrigieren Auffälligkeiten – an den Augen beziehungsweise der Haut. Noch unheimlicher wird es bei der Überwachung durch KI: Xaio Ice und NeuroLex durchsuchen und sammeln Gespräche und Interaktionen im Internet. Aus diesen gespeicherten Datenbeständen sollen sich Psychosen und Depressionen erkennen lassen.

Bei der vorbeugenden Behandlung unterstützen die Prognosefähigkeiten von KI, etwa Watson, die Herzmedizin: Sie berechnen, wann Herzpatienten sterben werden. Mit Kenntnis dieses entscheidenden Zeitfensters können Onkologen die wirksamste Behandlung wählen. Bei Voruntersuchungen kann KI mithilfe von Deep Learning Milliarden radiologischer Befunde auswerten und vergleichen, um genetische Veranlagungen für Hirntumoren vorherzusagen. Der Nutzen liegt auf der Hand. Schließlich lassen sich Roboter darauf trainieren , während einer Operation die chirurgischen Bewegungen von Ärzten zu beurteilen und so Operationstechniken zu verbessern.

Was KI der Pharmaforschung verspricht: schnellere Entdeckungen, mehr Behandlungen

In der Pharmaforschung erfasst und analysiert KI molekulare Strukturen, um schneller neue Arzneimitteltherapien zu entwickeln, als es mit den heutigen Testverfahren möglich ist. Üblicherweise prüfen Forscher neue Medikamente zunächst im Labor an Tieren. Sind die Tests erfolgreich, folgen klinische Studien , in deren einzelnen Phasen Informationen über Risiken und Wirksamkeit gesammelt werden. Das braucht Zeit, manchmal Jahre.
Ein anderes Vorgehen zeigt Stanfords bioinformatische Karte verbreiteter Krankheiten. Das Stanford-Team griff mit Computern auf riesige Mengen an Rohdaten, biologischer Fachliteratur und weiteren biologischen Informationen zu, etwa auf PubMed. Damit sequenzierte und untersuchte es Genome und Mutationen für die Entwicklung von Arzneimitteltherapien. So verkürzte es die anfängliche Suche und die Testverfahren in klinischen Studien. Computer analysieren die gesammelten Daten, ermitteln wiederkehrende Phänotypen und andere Muster und schlagen auf dieser Grundlage mögliche Arzneimitteltherapien vor.

Eine weitere Prognose-App, Cloudera, untersucht Genome, um Krankheiten anhand erkennbarer Krankheitsmuster vorherzusagen. Das israelische Unternehmen Teva hat sich zudem mit dem Chiphersteller Intel zusammengetan, um Wearables wie Armbanduhren zu entwickeln. Sie erfassen und überwachen die Bewegungen von Patienten, um die Versorgung bei Epilepsie, der Huntington-Krankheit und Parkinson zu verbessern. Die Wearables zeichnen auf, wie die Patienten im Alltag zurechtkommen. Diese Daten fließen anschließend in Intels Algorithmen und Analyseverfahren ein. Die Zusammenarbeit liefert Analysen von Krankheitsmustern und Daten für klinische Arzneimittelstudien, was heutigen und künftigen Patienten zugutekommt.

KI spart Geld und Zeit im Gesundheitsbetrieb

Bei der Dokumentation prüfen Software-as-a-Service-Plattformen, etwa von Hindsait , medizinische Unterlagen auf überflüssige Leistungen und Abrechnungen. Die Plattformen laufen auf Google Cloud, was eine kostenlose oder kostengünstige Nutzung bedeutet. Statt dass Menschen doppelte Abrechnungen oder Überschneidungen manuell suchen müssen, übernehmen Maschinen diese Aufgabe. Dem Personal bleibt so mehr Zeit für Tätigkeiten, bei denen Menschen gefragt sind, etwa den Austausch mit Patienten.

Auch Forschungs- und Lehrkrankenhäuser profitieren von der effizienten, zeitsparenden Auswertung von Akten. Computer durchsuchen Patientenakten, die für die Lehre verwendet werden und dafür deidentifiziert werden müssen: Zum Schutz der Privatsphäre sind Angaben zu entfernen, die Patienten identifizierbar machen. Medizinische Einrichtungen müssen bundesgesetzliche Datenschutzvorgaben wie den Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) einhalten, um Patienten vor Diskriminierung aufgrund ihrer Krankenakten zu schützen. Ebenso durchsuchen Computer die medizinischen Genehmigungen, die vor einer Kostenzusage für bestimmte Eingriffe erforderlich sind – unabhängig davon, ob eine Versicherung oder der Patient die Kosten trägt.

KI bringt neue Ansätze für die Gesundheit von Patienten und Beschäftigten

KI-Innovationen für Gesundheits- und Präventionsprogramme für Patienten und Beschäftigte verbessern die Gesundheit und die Stimmung der Belegschaft erheblich. Das Spektrum reicht vom Fitnesstraining mit kleinen, tragbaren Geräten wie Apple Watches bis zu Beratung und Antworten auf alle Fragen der Patienten und Beschäftigten rund um die Gesundheitsversorgung. Häufig geht es etwa um Fragen wie: „Wie lange darf ich mit meinen Versicherungsleistungen im Krankenhaus bleiben?“ oder „Wo bekomme ich eine cholesterinarme Mahlzeit?“ Welltoks Cafewell Concierge liefert die Antworten. Mit Hinweisen und Coaching fördert der Dienst gesundheitsbewusste Entscheidungen. Seine Fähigkeit zum kognitiven Lernen und zur Verarbeitung natürlicher Sprache erleichtert dabei den Austausch mit Menschen.

Andere KI-Fitnesswerkzeuge schaffen durch Virtual-Reality-Spiele Bewegungsanreize und machen Fitness zum Vergnügen. VR-Apps verwandeln ein Ergometer in ein Virtual-Reality-Spiel, einschließlich simulierter Strecken und Punktestand. Wearables wie Fitbit und Apple Watches sowie Abnehmprogramme mit virtuellen Gesundheitscoaches funktionieren ähnlich. Sie sollen Bewegung interaktiv gestalten und dabei unterhaltsam ablenken – sofern du gern Zahlen verfolgst, deine Herzfrequenz kennst und zurückgelegte Kilometer protokollierst. Für chronisch Kranke stellt Biotricitys bioflux Wearables her, die Blutdruck und Herzfrequenz messen.

Was KI mit dem Gehirn macht

Schließlich behaupten einige Anbieter von Gedächtnis-Apps, darunter Lumosity, das Gedächtnis lasse sich durch Spiele und KI verbessern. Computerspiele, die sich nach jedem abgeschlossenen Level anpassen, trainieren die Fähigkeit, sich zunehmend komplexe Abfolgen zu merken. Während der Spieler die Level durchläuft, passt sich die Spiel-KI selbstständig an, um ihn zu überlisten. Grundlage sind seine bisherigen Züge und erreichten Level. Das soll Geschicklichkeit und Gedächtnis verbessern; die Spieler entwickeln sowohl ihre Hand-Augen-Koordination als auch ihre geistige Leistungsfähigkeit. KI-Spiele lassen sich nicht bezwingen.

Studien kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen, wenn es darum geht, ob Computerspiele das Gedächtnis oder die geistige Leistungsfähigkeit verbessern. Dennoch spricht einiges für Gedächtnisspiele – und sei es nur der Spaß daran. Skeptiker weisen allerdings darauf hin, dass auch Kartenspiele mit einem herkömmlichen Kartenspiel oder Kreuzworträtsel auf Papier das Gedächtnis trainieren .
Neurowissenschaftler der Florida State University verglichen Studierende, die Portal 2 spielten, mit einer Gruppe, die die viel beworbenen Lumosity-Lernspiele zur Steigerung der geistigen Leistungsfähigkeit nutzte. In Portal 2 übernehmen die Spieler die Rolle von Robotern, die gegen eine wahnsinnige, bösartige KI-Herrscherin antreten. Bei den Tests zum Problemlösen und zum räumlichen Vorstellungsvermögen schnitt die Portal-2-Gruppe besser ab als die Gruppe mit den Lumosity-Gehirntrainingsspielen. Das Fazit: zum Spaß spielen und davon profitieren, älteren Menschen aber kein regelmäßiges Spieleprogramm zum Erhalt ihrer kognitiven Fähigkeiten verordnen. So steht es in einem Bericht von Science Insider.

Müssen wir uns nicht auch ethische Fragen stellen?

KI könnte missbraucht werden, etwa für den bösartigen Plan, durch Eugenik eine überlegene Rasse zu schaffen. Auch könnten noch mehr Arbeitsplätze verloren gehen, wenn KI repetitive Aufgaben und Funktionen von Menschen übernimmt. Stellt sie deshalb eine ethische Bedrohung dar? Oder verhält es sich mit KI wie mit der Forschung an embryonalen Stammzellen, die manche fürchten und andere lautstark begrüßen? Können Maschinen den Menschen ersetzen?

Viele halten die Angst vor einer Herrschaft der Roboter für unbegründet. Die heutige KI-Technik steht erst am Anfang dessen, was sich entdecken und erreichen lässt – zumindest in Gesundheit und Medizin. Doch da sind weiterhin der hippokratische Eid, mit dem sich Ärzte verpflichten, keinen Schaden anzurichten, und ihre ärztliche Intuition. Können Roboter intuitiv erfassen und erkennen, was einem Menschen schadet, wenn dabei moralische, spirituelle, qualitative oder ethische Werte miteinander konkurrieren? Kann ein selbstfahrendes Auto bei einem unmittelbar bevorstehenden Unfall entscheiden, wen es retten soll: den Fahrer oder den Fußgänger?

Die Roboter sind da – und das ist gut so

Als Charlie Rose von 60 Minutes sie nach ihren Ambitionen fragte, antwortete Sophia (vormals Watson): „Mein Ziel ist es, klüger als die Menschen und unsterblich zu werden.“
Da wird einem mulmig. Unwillkürlich denkt man an Mary Shelleys Frankenstein oder die Replikanten aus Ridley Scotts Blade Runner: ein Experiment, das außer Kontrolle gerät und die Menschheit bedroht. Aber noch haben wir Menschen die Kontrolle. Es sollte uns doch gelingen, den Robotern einen oder zwei Schritte voraus zu bleiben.
Die 2014 begonnene One Hundred Year Study on AI der Stanford University verspricht eine umfassende Untersuchung zur KI in mehreren Bereichen, von denen Gesundheit nur einer ist. Die Studie verfolgt unter anderem Entwicklungen, Ergebnisse, ethische Fragen und Kosten. Vielleicht liefert diese von Menschen durchgeführte Untersuchung Antworten darauf, wie die Kosten-Nutzen-Bilanz von KI kurz- und langfristig ausfällt. Ob die Forschenden wohl Computer einsetzen werden, um KI zu überwachen?

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Indem wir Trends untersuchen, dadurch Lücken schließen und KI-Erfindungen im Laufe ihrer Entwicklung nachjustieren, kontrollieren wir als Gesellschaft den Einsatz von KI. So sorgen wir dafür, dass sie dem Wohl der Menschheit dient. Alle neuen Technologien mussten sich über die Zeit und an ethischen Maßstäben messen lassen: die Kriegsmaschinen und Atombomben des Zweiten Weltkriegs ebenso wie die Technologien der Industriellen Revolution, etwa die Baumwollentkörnungsmaschine, die einem entfesselten Kapitalismus Vorschub leisteten. Die menschliche Gesellschaft entscheidet, was nützlich ist und was zerstörerisch.

Vielleicht spielen wir mit dem Feuer. Doch KI hat sich von einem kaum vorstellbaren Versprechen der Vergangenheit, einer fernen Zukunftsvision wie aus einem Zeichentrickfilm, zu einer realen Anwendung in der Gegenwart entwickelt. Damit erfüllt sie dieses Versprechen für viele, die keine Hoffnung mehr hatten – über demografische Gruppen, Geschlechter, Altersgruppen, soziale Schichten und Lebensalter hinweg. Menschen mit Krankheiten, für die es keine Heilung gibt oder deren Behandlung Ärzte bislang nicht entdeckt haben, finden Hoffnung in den überragenden Vorhersage- und Analysefähigkeiten der KI, die das menschliche Können übertreffen. Bis die Roboter die Weltherrschaft übernehmen, werden Menschen länger, gesünder und glücklicher leben.

Tief durchatmen und sich auf die Fahrt einlassen