Frühzeitige Diagnose von Parkinson

Erin Smith für ihre KI-gestützte Erfind­ung zur frühzeit­i­gen Erken­nung der Parkin­son-Krankheit als eine von drei Final­is­ten für neuen Preis des Europäis­chen Paten­tamtes nominiert

Wis­senschaft­lerin entwick­elte Algo­rith­mus, der Videoauf­nah­men analysiert und mit ein­er Genauigkeit von etwa 95 Prozent in der Mimik winzige Anze­ichen für den frühzeit­i­gen Aus­bruch von Parkin­son erkennt 

Ihre Tech­nolo­gie wurde durch Videoauf­nah­men von Michael J. Fox inspiri­ert und kann auch Men­schen mit anderen, Parkin­son-ähn­lichen Ner­venkrankheit­en helfen

Die US-amerikanis­che Erfind­erin Erin Smith ist für ihre KI-gestützte App zur Früherken­nung der Parkin­son-Krankheit als Final­istin für den Preis für junge Erfind­erin­nen und Erfind­er nominiert wor­den, der dieses Jahr zum ersten Mal vom Europäis­chen Paten­tamt vergeben wird. Aus dem Inter­esse für Gesicht­saus­drücke, das die Wis­senschaft­lerin bere­its seit Kind­heit­sta­gen antreibt, hat sie eine Tech­nolo­gie erfun­den, die dazu beitra­gen kön­nte, die Entwick­lung schw­er­er Parkin­son-Symp­tome wie Zit­tern und Gehschwierigkeit­en durch eine frühzeit­ige Behand­lung zu verzögern. 

Ihre App namens FacePrint nimmt Videos auf und wen­det Gesicht­serken­nung und KI-Tech­niken an, um in der Mimik schnell und präzise winzige Anze­ichen für die frühen Sta­di­en der Krankheit zu erken­nen. Nach erfol­gre­ichen Großver­suchen mit der App an der Stan­ford Med­ical School ist Smith nun bere­it, die Lösung zu ver­mark­ten, um Men­schen auf der ganzen Welt zu helfen.

„Erin Smiths Erken­nt­nisse, ihre Inno­va­tion­skraft und der Ein­satz neuer Tech­nolo­gien haben das Poten­zial, die Früherken­nung von Parkin­son in der Bre­ite zu etablieren und sie vie­len Men­schen zu ermöglichen“, sagte EPA-Präsi­dent António Campinos bei der Bekan­nt­gabe der Final­is­ten des Preis­es für junge Erfind­erin­nen und Erfind­er. „Ihre Erfind­ung ebnet den Weg für eine frühzeit­ige Behand­lung, die den Patien­ten und ihren Ange­höri­gen Erle­ichterung und Hoff­nung bringt.“ 

Smith ist eine von drei Final­is­ten des neuen Preis­es, den das EPA ins Leben gerufen hat, um die näch­ste Gen­er­a­tion von Erfind­ern zu fördern. Mit dem Preis wer­den junge Inno­va­toren im Alter von bis zu 30 Jahren aus­geze­ich­net, die Lösun­gen zur Bewäl­ti­gung glob­aler Prob­leme und zur Erre­ichung der Ziele für nach­haltige Entwick­lung der Vere­in­ten Natio­nen entwick­elt haben. Die Gewin­ner des Preis­es für junge Erfind­erin­nen und Erfind­er 2022 wer­den bei der virtuellen Preisver­lei­hung  für den Europäis­chen Erfind­er­preis am 21. Juni bekan­nt gegeben. 

Die Aus­sagekraft der Mimik

Die in Kansas aufgewach­sene Smith begeis­terte sich schon früh für die Wis­senschaft und ver­wan­delte gemein­sam mit ihrer Mut­ter die Küche der Fam­i­lie in ein pro­vi­sorisches Labor. Im Alter von zehn Jahren begann sie am Med­ical Cen­ter der Uni­ver­si­ty of Kansas mit ihrer ersten richti­gen Lab­o­rar­beit und fing an, an wis­senschaftlichen Wet­tbe­wer­ben teilzunehmen. Zu ihren vie­len Inter­es­sen­ge­bi­eten gehörte das men­schliche Gehirn: Die Krim­is­erie „Lie to Me“ über einen Wis­senschaftler, der ein Experte im Lesen men­schlich­er Mimik ist, gehörte zu ihren Liebling­spro­gram­men – und sie befasste sich einge­hend mit den Forschungsergeb­nis­sen, auf denen sie basierte. 

Als Smith sich 2016 ein Video der Michael J. Fox Foun­da­tion anschaute, stellte sie fest, dass der Schaus­piel­er beim Lächeln emo­tion­al dis­tanziert wirk­te, selb­st wenn die Emo­tion hin­ter dem Lächeln echt war. Durch die Lek­türe von medi­zinis­ch­er Fach­lit­er­atur fand sie her­aus, dass die Teile des Gehirns, die sich bei der Parkin­son-Krankheit am früh­esten verän­dern, iden­tisch sind mit denen, die an der Bil­dung von Gesicht­saus­drück­en beteiligt sind – oder deren Fehlen, was als „Masken­gesicht“ bekan­nt ist: „Diese Idee machte mich wirk­lich neugierig, ob ich mith­il­fe von Gesicht­saus­drück­en Verän­derun­gen im Gehirn, wie zum Beispiel bei der Parkin­son-Krankheit, überwachen kön­nte“, so Smith. 

Solche Mimik-„Mark­er“ zu beobacht­en, kennze­ich­nete bere­its die Arbeit von Fach­leuten, die sich mit neu­rol­o­gis­chen Erkrankun­gen wie Parkin­son befassen, aber die Verän­derun­gen der Mimik waren noch nie objek­tiv quan­tifiziert wor­den. Smith erkan­nte jedoch, dass kün­stliche Intel­li­genz (KI) wie Com­put­er Vision, mit der Com­put­er Infor­ma­tio­nen aus Bildern ableit­en kön­nen, bei der Diag­nose der Krankheit Abhil­fe schaf­fen könnte. 

Mit Hil­fe von Parkin­son-Selb­sthil­fe­grup­pen konzip­ierte Erin Smith eine Studie zur Auf­nahme von Video­ma­te­r­i­al von Men­schen mit und ohne Parkin­son. Nach­dem sie sich mith­il­fe von Büch­ern und Online-Kursen selb­st das Pro­gram­mieren beige­bracht hat­te, ver­ar­beit­ete die junge Wis­senschaft­lerin die Auf­nah­men mit ein­er Gesicht­serken­nungssoft­ware und trainierte damit einen Com­put­er-Vision-Algo­rith­mus, um zu sehen, wie bes­timmte Mimiken bei ein­er Per­son ohne Parkin­son wirken. Nach­dem sie das­selbe für Men­schen mit Parkin­son getan hat­te, kon­nte sie zum ersten Mal einen mess­baren Unter­schied zwis­chen den bei­den Grup­pen nachweisen. 

Parkin­son wird in der Regel nach dem Ver­lust der motorischen Funk­tion diag­nos­tiziert, der bis zu zehn Jahre nach dem Auftreten von Verän­derun­gen in der Mimik auftreten kann. Die Inno­va­tion von Smith ebnet den Weg für den bre­it­en Ein­satz ein­er genauen Erken­nung von Parkin­son-Symp­tomen Jahre vor der herkömm­lichen Diag­nose, was zugle­ich die Möglichkeit ein­er frühzeit­i­gen Behand­lung eröffnet, um das Fortschre­it­en der Krankheit zu verzögern. 

Eine groß angelegte klin­is­che Studie an der Stan­ford Med­ical School, die von der Michael J. Fox Foun­da­tion unter­stützt wurde, ermöglichte es Smith, eine App zu entwick­eln, um den Prozess für Nutzer zu automa­tisieren und den Daten­satz für mehr Diver­sität mit Blick auf Geschlecht und Eth­nie zu erweit­ern. Smith grün­dete daraufhin 2019 das Unternehmen FacePrint und arbeit­ete mit Auf­trag­nehmern daran, die Com­put­er-Vision-Algo­rith­men und Web-App weit­erzuen­twick­eln. Heute kann ihre Erfind­ung die Parkin­son-Krankheit mit ein­er Genauigkeit von rund 95 Prozent und andere nicht richtig erkan­nte neu­ronale Störun­gen mit ein­er Genauigkeit von 93 Prozent vorher­sagen. 

„Eine mein­er größten Hoff­nun­gen für diese Anwen­dung ist, dass sie dazu beiträgt, die Behand­lung von Parkin­son-Patien­ten zu verbessern und auch über die Früherken­nung und Inter­ven­tion hin­aus in der Arzneimit­te­len­twick­lung einge­set­zt wird, um krankheitsmod­i­fizierende Ther­a­peu­ti­ka zu entwick­eln“, sagt Erin Smith. „Ich hoffe, dass FacePrint diese Zukun­ft mit­gestal­ten kann und zu einem Par­a­dig­men­wech­sel in der Art und Weise führt, wie wir degen­er­a­tive Ner­venkrankheit­en betra­cht­en und behan­deln.“ 

Derzeit leben weltweit mehr als 10 Mil­lio­nen Men­schen mit der Parkin­son-Krankheit. Es wird erwartet, dass die Zahl der Fälle mit ein­er zunehmend älter wer­den­den Bevölkerung erhe­blich ansteigen wird. Der Markt für die Behand­lung von Parkin­son hat­te 2016 einen Wert von 3,44 Mil­liar­den Euro und wird voraus­sichtlich bis 2022 auf 4,9 Mil­liar­den Euro anwachsen.

Infor­ma­tio­nen zur Erfinderin
Erin Smith (22) wurde in Chica­go geboren. Im Jahr 2016 entwick­elte sie ein Instru­ment zur Früherken­nung der Parkin­son-Krankheit und ander­er nicht richtig erkan­nter neu­rol­o­gis­ch­er Störun­gen. 2018 erhielt sie ein Stipendi­um der Thiel Foun­da­tion in Höhe von 100 000 USD, das es ihr ermöglichte, sich auf das 2019 gegrün­dete Start-up FacePrint zu konzen­tri­eren. Im sel­ben Jahr begann sie ein Studi­um der kün­stlichen Intel­li­genz und der Neu­rowis­senschaften an der Stan­ford Uni­ver­si­ty und ist derzeit in einem sozialen Jahr, um am Glob­al Brain Health Insti­tute der Uni­ver­si­ty of Cal­i­for­nia zu arbeit­en. Ihr Unternehmen wurde als WIRED Health Start­up of the Year 2019 aus­geze­ich­net und sie wurde in die Forbes-Liste „30 under 30“ aus dem Jahr 2019 für den Bere­ich Gesund­heitswe­sen aufgenom­men. Video und Bild­ma­te­r­i­al zu Erin Smith

Über den Young Inven­tors prize
Das Europäis­che Paten­tamt hat den Preis für junge Erfind­erin­nen und Erfind­er im Jahr 2021 ins Leben gerufen, um die näch­ste Gen­er­a­tion von Erfind­ern zu inspiri­eren. Der Preis richtet sich an Erfind­er unter 30 Jahren und zeich­net Ini­tia­tiv­en aus, die Tech­nolo­gien nutzen, um einen Beitrag zu den nach­halti­gen Entwick­lungszie­len der Vere­in­ten Natio­nen zu leis­ten. Der Gewin­ner erhält 20 000 EUR, die zweit- und drittplatzierten Final­is­ten jew­eils 10 000 EUR beziehungsweise 5 000 EUR. Eine unab­hängige Jury, beste­hend aus ehe­ma­li­gen Final­is­ten des Europäis­ches Erfind­er­preis­es, wählt die Final­is­ten und Gewin­ner aus. Das EPA wird den ersten Preis im Rah­men der virtuellen Preisver­lei­hung des Europäis­chen Erfind­er­preis­es  am 21. Juni über­re­ichen. Lesen Sie mehr über die Teil­nah­mebe­din­gun­gen und Auswahlkri­te­rien für den Preis für junge Erfind­erin­nen und Erfind­er. 

Über das EPA
Mit 6 400 Mitar­beit­ern ist das Europäis­che Paten­tamt (EPA) eine der größten Behör­den in Europa. Das EPA, das seinen Haupt­sitz in München sowie Nieder­las­sun­gen in Berlin, Brüs­sel, Den Haag und Wien hat, wurde mit dem Ziel gegrün­det, die Zusam­me­nar­beit zwis­chen den Staat­en Europas auf dem Gebi­et des Paten­twe­sens zu stärken. Dank des zen­tral­isierten Ver­fahrens vor dem EPA kön­nen Erfind­er hochw­er­ti­gen Patentschutz in bis zu 44 Staat­en erlan­gen, die zusam­men einen Markt von rund 700 Mil­lio­nen Men­schen umfassen. Außer­dem ist das EPA weltweit führend in den Bere­ichen Patentin­for­ma­tion und Patentrecherche.