Previous Page  5 / 46 Next Page
Information
Show Menu
Previous Page 5 / 46 Next Page
Page Background

Künstliche Intelligenz

Schmerzen objektiv vermessen

Gemeinsam mit Forschern der Univer­

sität Magdeburg arbeiten Wissenschaftler

der Medizinischen Psychologie der Ulmer

Universitätsklinik daran, mit technischen

Mitteln das subjektive Schmerzerleben

objektiv messbar zu machen. Ihr Ziel: die

automatisierte Schmerzerkennungmithilfe

künstlicher Intelligenz [IEEE Transactions on

Affective Computing 2016; DOI:10.1109/

TAFFC.2016.2537327]. Bei der automatisier­

ten Schmerzmessung werden maschinelle

Erkennungsverfahren eingesetzt, um aus

psychobiologischen

Reaktionen

auf

Schmerzreize das subjektive Schmerzerle­

ben zu bestimmen. Mit hoch auflösenden

Sensoren wird dabei die körperliche

Schmerzantwort gemessen. Dazu zählen

die Reaktionen der Haut, der Muskulatur,

der Atmung und des Kreislaufs genauso wie

das schmerzreaktive mimische Verhalten.

In einer Pilotstudie wurde bei 96 Probanden

am rechten Unterarm ein Hitzeschmerz in

vier Intensitäten erzeugt. Diese vier

Schmerzstufen werden für jede untersuch­

te Person individuell bestimmt. Man misst

dafür den Hitzereiz, der anfängt schmerz­

haft zu sein (Schmerzschwellen) und den

Hitzereiz, den der Proband gerade noch

aushalten kann (Schmerztoleranz). Die

Stufen dazwischen werden berechnet. Zur

Erfassung der körperlichen Schmerzant­

wort sind diverse Biopotenziale gemessen

und digitalisiert worden. Eingesetzt wurden

dabei diagnostische Verfahren wie EKG,

EMG und EEG, aber auch Messgeräte zur

Bestimmung der elektrodermalen Aktivität

(EDA). Gesichtsausdruck und mimisches

Verhalten wurden mit einer speziellen Vi­

deokamera (AVT Pike F145C Kamera) aufge­

zeichnet. Um das Bewegungsmuster der

Probanden festzuhalten, setzten die For­

scher einen Kinect Sensor für die Aufnahme

frontaler Tiefenbilder ein.

Mithilfe des maschinellen Lernens konnte

nun aus den biologischen und mimischen

Schmerzreaktionen auf das subjektive

Schmerzerleben geschlossen werden. Am

besten waren die automatischen Erken­

nungsalgorithmen, wenn das technische

System auf die Erkennung individueller

Reaktionen von einzelnen Probanden hin

trainiert wurde. Bei starken Schmerzreizen

wurden hier Genauigkeiten von 94% er­

reicht. Wurde die automatische Schmerzer­

kennung unabhängig von bestimmten

Personen durchgeführt, betrug die Genau­

igkeit bei starken Schmerzreizen immerhin

noch zwischen 74%und 91%. Bei leichteren

Schmerzen war die automatische Erfassung

allerdings recht ungenau.

Andrea Weber-Tuckermann, Universität Ulm

Neuropathischer Schmerz

OB-1 hemmt Schmerzen ganz gezielt

Bei Menschen mit Nervenverletzungen

oder Erkrankungen wie der diabetischen

Neuropathie kann die leichteste Berüh­

rung heftigen Schmerz auslösen. For­

scher am Max-Delbrück-Centrum für

Molekulare Medizin (MDC) in der Helm­

holtz-Gemeinschaft in Berlin-Buch haben

einen Weg gefunden, wie sich der

Schmerz bei Mäusen durch Injizieren ei­

nes Wirkstoffs in die Haut unterdrücken

lässt [Nature Neuroscience 2017; 20:209–

218]. Die Substanz, OB-1, hemmt einen

Ionenkanal im Nervensystem, der verant­

wortlich ist für die Wahrnehmung leich­

ten mechanischen Drucks, teilt das MDC

mit. Nach Verletzungen führt eine Akti­

vierung dieses Kanals auch zu neuropa­

thischen Schmerzen. Die neue Substanz

lässt diese Art Schmerz verschwinden.

Der Wirkstoff, den Cécile-Vogt-Stipendia­

tin Dr. Kate Poole, Dr. Christiane Wetzel

und ihre Kollegen im Team von Professor

Gary Lewin am MDC und der Charité

identifiziert haben, lindert neuropathi­

sche Schmerzen, ohne andere, wichtige

Sinneswahrnehmungen zu stören, so das

MDC.

Sehr leichte Berührungen werden von

molekularen Sensoren in der Haut detek­

tiert, wie dem Ionenkanal Piezo2. Diese

Kanäle verhalten sich wie winzige Ventile

in der Membran von Nervenzellen: Sie

öffnen sich, wenn die Haut leicht berührt

wird. Im geöffneten Zustand passieren

elektrisch geladene Teilchen das Ventil,

und es entsteht ein elektrisches Signal,

das durch die Zelle verstärkt und an das

Gehirn weitergeleitet wird. Das Protein

STOML3 moduliert die Funktion von

Piezo2. Die Berliner Forscher unterzogen

STOML3 einem Wirkstoff-Screening, bei

dem 35.000 verschiedene chemische

Stoffe in groß angelegten In-Vitro-Expe­

rimenten getestet wurden. Dabei fanden

sie eine Substanz namens OB-1. OB-1

verhindert, dass sich mehrere STOML3-

Proteine zusammenlagern und hemmt

damit die Funktion des Proteins. Elektro­

chemische Messungen an Zellen bestä­

tigten: Werden die STOML3-Proteine

durch OB-1 am Zusammenlagern gehin­

dert, können sie ihre Funktion nicht aus­

üben und der Ionenkanal Piezo2 bleibt

geschlossen. Bei Mäusen hemmte die

Chemikalie wirksam die Wahrnehmung

leichter Berührungen. Unter dem Einfluss

von OB-1 ließ die Empfindlichkeit der

Tiere deutlich nach. Nach Abklingen der

Wirkung des Wirkstoffs kehrte die norma­

le Empfindlichkeit zurück.

(eb)

©© Universität Ulm / Sektion Medizinische Psychologie

8

Schmerzmedizin 2017; 33 (3)

Panorama