Von der Diagnostik bis zur Therapie. Künstliche Intelligenz kann in vielen Bereichen der Biomedizin unterstützen. Inwieweit können KI und Biologie voneinander lernen?
Künstliche Intelligenz wird derzeit in vielen Bereichen der Biomedizin getestet. Sie hilft bei der Auswertung von Röntgen- oder MRT-Bildern, kann Datenmengen screenen und beim Erstellen von Diagnostiken und Therapieplänen unterstützen. Am Max-Planck-Institut für Quantenoptik soll beispielsweise eine KI die Analyse von Blutproben erleichtern und somit günstige Gesundheitsschecks zur Früherkennung von Krankheiten wie Diabetes oder Lungenkrebs ermöglichen.
So vielseitig die KI auch einsetzbar ist, wirft ihre Verwendung auch ethische Fragen auf: Wie sicher und korrekt sind die Ergebnisse? Sind die Datenbanken, aus denen sie sich bedienen, repräsentativ? Und können Ergebnisse der KI auf Patientinnen und Patienten zurückverfolgt werden?
Der Mensch hat die letzte Entscheidung, aber die Systeme vorher müssen gut, robust und sicher sein, denn viele der Einzelschritte kann dann der Arzt, die Ärztin gar nicht gegenkontrollieren. Eva Winkler, Onkologin und Expertin für Daten- und Medizinethik
Künstliche Intelligenz orientiert sich in vieler Art am menschlichen Gehirn. Einer der größten Unterschiede zwischen den beiden ist aber die Informationsverarbeitung und der Energieverbrauch. Während bei einer KI die Information meistens nur in eine Richtung wandert, werden im Gehirn Informationen in verschiedene Richtungen bearbeitet. Trotzdem verbraucht eine KI deutlich mehr Energie als das Gehirn. Ein Forschungsteam vom Frankfurter Ernst Strüngmann Institut für Neurowissenschaften erforscht deshalb nun, wie KI-Systeme effizienter werden können.
Das menschliche Gehirn benötigt 20 bis 30 Watt um all das parallel zu machen, was es so macht, und jeder Laptop braucht mehr Energie — und wir sprechen noch gar nicht von solchen Sprach-Modellen, das geht schnell mal in die tausende Watt. Felix Effenberger, Mathematiker und Neurowissenschaftler
Auch in biologischen Systemen gelten die Regeln und Gesetze der Physik. Doch nicht jede KI versteht das, weshalb sie zu falschen Ergebnissen kommt. Um das zu ändern, arbeiten Forschende daran, biologischem Leben Gleichungen zuzuordnen, die eine KI lösen kann. So versuchen sie herauszufinden, welche Prozesse hinter dem Wachsen eines Embryos oder dem Öffnen einer Blüte stehen. Sind diese Prozesse genau bekannt, kann mit Hilfe einer KI eine Gleichung erstellt — und anschließend gelöst werden. Das ermöglicht es, zu jedem Zeitpunkt den nächsten Schritt innerhalb des Prozesses vorherzusagen. So könnten in Zukunft vielleicht Zellen manipuliert werden, um Krankheiten zu verhindern.
In unseren nächsten Schritten möchten wir die KI noch viel enger mit der Physik von lebenden aktiven, Nicht-Gleichgewichtssystem zusammenbringen. Die Hoffnung ist, damit die Selbstorganisation eines Lebewesens mechanistisch verstehen zu können: Wie kommunizieren Zellen miteinander? Wie organisieren Sie sich? Wie wachsen sie zusammen? Ivo Sbalzarini, Informatiker, Mathematiker und Experte für Systembiologie
Über die Nutzung von Künstlicher Intelligenz in der Biomedizin sprechen detektor.fm-Moderatorin Karolin Breitschädel und ihre Kollegin Alina Metz in der neuen Ausgabe vom „Forschungsquartett“.
Welche ethischen Fragen bei der Nutzung von KI geklärt werden müssen, beantwortet Prof. Eva Winkler. Sie ist Onkologin am Nationalen Zentrum für Tumorerkrankungen und Professorin für Medizinethik an der Universität Heidelberg. Wie KI-Systeme vom menschlichen Gehirn lernen können, erklärt der Mathematiker und Neurowissenschaftler Dr. Felix Effenberger vom Ernst Strüngmann Institute for Neuroscience in Frankfurt. Und wie man biologische Abläufe mithilfe von künstlicher Intelligenz berechenbar macht, hat Prof. Ivo Sbalzarini beantwortet. Er ist einer der Direktoren des Zentrums für Systembiologie Dresden und Professor für Informatik und Mathematik an den jeweiligen Fakultäten der TU Dresden.
Wenn euch Themen rund um KI und Biomedizin interessieren, dann schaut gerne auch in das Wissenschaftsmagazin der Max-Planck-Gesellschaft. Die neue Ausgabe der „MaxPlanckForschung“, die sich um KI in der Biomedizin dreht, könnt ihr hier online abrufen.