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Hautkrebserkennung: Software schlägt Doktor

Allmählich müssen Hautärzte (Dermatologen) sich Sorgen machen, dass Kollege Computer ihnen Konkurrenz macht. Grund dafür ist die zunehmende Leistungsfähigkeit von Programmen aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI), die selbstständig lernen können. Das Ergebnis eines, vom Bundesministerium für Gesundheit finanzierten Projektes lässt jedenfalls Staunen: Nachdem die Software mit mehr als 12000 Bildern von klinisch bestätigtem schwarzem Hautkrebs (Melanom) und gutartigen Veränderungen (Naevi) „gefüttert“ wurde, trat das System in der zweiten Runde gegen 157 Dermatologen von zwölf deutschen Universitätskliniken an – und schlug die meisten von ihnen.

In einer Art Wettkampf waren Bilder von 80 harmlosen Muttermalen und 20 bösartigen Melanomen einzuordnen. Den Autoren der im European Journal of Cancer erschienenen Studie waren die Untersuchungsergebnisse der zugehörigen Patienten bekannt, die KI-Software sollte sich dagegen auf ihre „Erfahrungen“ aus der Trainingsrunde stützen.

Dabei schnitt sie besser ab als 136 ihrer 157 menschlichen Konkurrenten. Vom Assistenz- bis zum Chefarzt waren unter den Dermatologen alle Ränge vertreten – und doch schafften es in der Einzelwertung nur sieben von ihnen, genauer zu sein als die Software und weniger Fehler zu machen. Immerhin weitere 14 Ärzte waren aber gleich gut wie die Software.

Kein Zweifel, „der Einsatz von künstlicher Intelligenz wird in der Dermatologie zukünftig wichtiger werden, um präzise Diagnosen zu erstellen“, kommentierte Jochen Sven Utikal, Leiter der Klinischen Kooperationseinheit des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ), in einer begleitenden Pressemitteilung. Der Computer, bzw. das KI-Programm wird also zum Kollegen, ersetzen wird er den Hautarzt vorläufig aber nicht. Denn in der Praxis sind die Probleme oftmals komplizierter. Dort gilt es, zwischen mehr als 100 verschiedenen Hautveränderungen zu unterscheiden, und nicht nur zwischen Muttermalen und schwarzem Hautkrebs. Studienleiter Titus Brinker macht sich um die Zukunft offenbar keine Sorgen: „“Es ist ähnlich wie beim Autopiloten im Flugzeug: Bei gutem Flugwetter und häufigen Strecken ist das Assistenzsystem hilfreich. Bei schwierigen Landungen muss ein erfahrener Pilot hingegen Verantwortung übernehmen. Das kann ein Computer so allein nicht leisten.“

Brinker TJ et al.: Deep learning outperformed 136 of 157 dermatologists in a head-to-head dermoscopic melanoma image classification task. Eur J Cancer. 2019 Apr 10;113:47-54. doi: 10.1016/j.ejca.2019.04.001.

Maschine konserviert Schweinehirn

Ganz schön gruselig wirkt auf den ersten Blick eine Reihe von Experimenten, über die der Neuroforscher Professor Nenad Sestan von der Yale School of Medicine und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Nature berichten: Von Dutzenden abgetrennten Schweineköpfen ist da die Rede, die noch vor Ort in der Schlachterei präpariert und später im Labor an eine hochkomplizierte Maschine („BrainEx“) angeschlossen wurden. Zweck der Übung war es, die Gehirne der Tiere möglichst lange funktionsfähig zu halten – und dies ist den Forschern auf spektakuläre Weise gelungen.

Jeweils etwa vier Stunden vergingen vom Zeitpunkt der Schlachtung bis ein Team von Neurochirurgen die Gehirne über die Karotisarterien an BrainEx angeschlossen hatte. Diese Maschine, bestehend aus mehreren Pumpen und Sensoren, einem Filtersystem für Blutschadstoffe, einem Pulsgenerator und einer Temperatursteuerung, übernahm dann für bis zu sechs Stunden die Aufgabe des nicht mehr existenten Schweinekörpers. An dessen Stelle durchspülte die Maschine das Schweinehirn mit einer speziellen Nährflüssigkeit, die ebenfalls für diese Versuche entwickelt worden war.

Wohl niemals zuvor ist es gelungen, ein derart großes Gehirn über so lange Zeit so gut zu konservieren: Beispielsweise konnten die Forscher zeigen, dass der Sauerstofftransporter Hämoglobin alle Blutgefäße in den abgetrennten Hirnen erreichte. Die Gefäßwände waren außerdem noch in der Lage, sich zusammenzuziehen. Als man nämlich das Medikament Nimodipin ins System spritzte, erhöhte sich der Blutfluss, so wie es auch bei einem gesunden und intakten Gehirn geschieht. Unter dem Mikroskop waren die typischen Strukturen der Nervenzellen und ihre Bestandteile klar zu erkennen, und im Gegensatz zu nicht präparierten Hirnen gab es keine größeren krankhaften Veränderungen. Sogar die Funktionen einzelner Nervenzellen waren intakt, und der Austausch elektrischer Signale funktionierte noch über viele Stunden hinweg. Höhere Hirnaktivitäten, die als Hinweis auf ein Bewusstsein in den isolierten Hirnen dienen könnten, gab es keine. Allerdings ist auch nicht klar, ob die Forscher überhaupt nach solchen Zeichen gesucht haben.

Kaum verwunderlich ist, dass kritische Geister gleich in zwei begleitenden Artikeln nach dem Sinn und der Moral dieser Experimente fragten. Klar ist aber auch, dass es den Wissenschaftlern nicht darum ging, abgetrennte Köpfe „unsterblich“ zu machen oder gar Tote ins Leben zurück zu holen. Vielmehr erlaubt ihre Methode zunächst einmal Untersuchungen, die mit herkömmlichen Arten der Präparation nicht möglich sind. Neben einem neuen Blick auf das Gehirn könnte die „Hirnmaschine“ zudem langfristig  dabei helfen, neue Therapien gegen die Schäden zu entwickeln, im Gehirn nach längerem Sauerstoffmangel entstehen – etwa nach einem Herzinfarkt oder bei Ertrunkenen.

Verselja Z et al.: Restauration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature. 18. April 2019 (online). doi: 10.1038/s41586-019-1099-1.

Strom holt Gedächtnis zurück

Nicht zum ersten Mal ist es gelungen, mit der Methode der transkraniellen Hirnstimulation das Gedächtnis älterer Menschen vorübergehend zu verbessern. Die Arbeit, über die Laborleiter Robert M. G. Reinhart von der Boston University und sein Kollege John A. Nguyen in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience berichten, ist dennoch etwas Besonderes, denn die beiden Wissenschaftler haben bei ihren Experimenten offenbar gezielter auf das Arbeitsgedächtnis eingewirkt, als ihre Vorgänger.

Dazu analysierten sie zunächst mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG) die Wechselwirkungen zweier Arten von Hirnwellen (Gamma- und Thetawellen) bei jeweils 42 älteren und jüngeren Erwachsenen. Vereinfacht gesagt war ein Ergebnis, dass das Arbeitsgedächtnis umso schlechter war, je weniger gut die beiden Arten von Hirnwellen im Schläfen- und Stirnlappen aufeinander abgestimmt waren.

Diese sogenannte Theta-Gamma-Phasen-Amplituden-Kopplung beeinflussten die Forscher, indem sie durch die Schädeldecke gezielt einen schwachen Wechselstrom schickten. Nach Sitzungen von jeweils 25 Minuten Dauer sollten die Versuchsteilnehmer dann einen Gedächtnistest absolvieren. Während ältere Probanden vor diesem Eingriff noch langsamer waren und mehr Fehler machten als ihre jungen Kollegen, erreichten sie nach der Hirnstimulation genau so gute Ergebnisse wie die (nicht stimulierten) Jungen.

Als mögliche Therapie gegen ernsthafte Gedächtnisprobleme oder gar Demenzerkrankungen eignet sich diese Methode allerdings schon deshalb nicht, weil die Wirkung nur etwa 50 Minuten lang anhielt. Den Forschern ging es vielmehr darum zu zeigen, dass der Verlust von spezifischen Verbindungen zwischen Nervenzellen in der Großhirnrinde verantwortlich sein könnte für den altersbedingten Niedergang der geistigen Leistungen. Vielleicht – so hoffen sie – könnte dies dann auch ein Ansatzpunkt für Therapien der Zukunft sein, die ohne Medikamente funktionieren.

Reinhart RMG, Nguyen JA. Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Nat Neurosci. 2019 Apr 8. doi: 10.1038/s41593-019-0371-x.

Weniger Behinderungen bei MS-Patienten

Zu den vielen erfreulichen Dingen, über die ich in jüngster Zeit für meinen Kunden Univadis berichten durfte, gehört auch eine neue Studie aus Schweden. Sie zeigt, dass Patienten mit der häufigsten Form der Multiplen Sklerose heutzutage länger mobil bleiben, und weniger schnell Behinderungen erleiden, als noch vor 20 Jahren. Finanziert wurde diese Studie nicht von der Pharmaindustrie, sondern vom Schwedischen Forschungsrat (Vetenskapsrådet) und der Schwedischen Hirn-Stiftung (Hjärnfonden).

Im Gegensatz zu Deutschland sind in Schweden die medizinische Daten aller Einwohner zentral erfasst und für die Forschung leicht zugänglich. Dies hat sich ein Team um Omid Beiki vom Karolinska-Institut in Stockholm zunutze gemacht um zu überprüfen, wie schnell die Patienten in Schweden in der Vergangenheit bestimmte Meilensteine der fortschreitenden Krankheit erreicht haben, und ob es dabei im Laufe der Zeit Veränderungen gab.

Eingeschlossen in die Studie wurden 7331 Patienten, die ihre Diagnose zwischen 1995 und 2010 erhalten hatten, und bei denen die Schwere der Behinderungen durch die Krankheit mindestens zwei Mal bestimmt worden war. Als Maßstab diente eine zehnteilige Skala (EDSS), mit Zwischenstationen wie 4 (kann weniger als 500 Meter ohne Hilfe laufen) oder 7 (ist auf den Rollstuhl angewiesen).

Die gute Nachricht: Patienten mit der häufigsten Form der Krankheit (schubförmig-remittierende Multiple Sklerose, RRMS) erleiden heute weniger schnell anhaltende schweren Behinderungen, als noch vor 10 Jahren. Jahr um Jahr verringerte sich beispielsweise das Risiko, mit EDSS 3,0 eingestuft zu werden (das entspricht einer leichten Behinderung, die Patienten sind aber noch voll gehfähig) um drei Prozent. Für das Erreichen eines EDSS von 6,0 (Patient benötigt Krücken, um mehr als 100 Meter ohne Rast zu gehen) nahm das Risiko sogar um sieben Prozent pro Jahr ab. Dies bedeutet auch, dass beispielsweise von jenen Patienten, die vor 25 Jahren erkrankten, nach 15 Jahren ein höherer Anteil auf den Rollstuhl angewiesen war, als unter den Patienten, die vor 15 Jahren erkrankten.

Die wahrscheinlichste Erklärung für diesen Fortschritt dürfte die Einführung einer Reihe neuer Medikamente gegen die Multiple Sklerose sein, die stärker wirksam sind als die bereits seit 1993 verfügbaren Beta-Interferone. Unterstützt wird diese Vermutung durch einen Vergleich mit der selteneren primär-progredienten Form der Multiplen Sklerose. Hier gibt es noch keine ähnlich wirksamen Medikamente wie für die RRMS, und in der aktuellen Studie waren auch keine Fortschritte bei der Verzögerung des Krankheitsverlaufs zu erkennen.

Beiki O et al.: Changes in the Risk of Reaching Multiple Sclerosis Disability Milestones In Recent Decades: A Nationwide Population-Based Cohort Study in Sweden. JAMA Neurol. 2019 Mar 18. doi: 10.1001/jamaneurol.2019.0

Ein Rezept für Hautkrebs: Achtlos in der Sonne

In der Hitze des Sommers sendet die Sonne ein Warnzeichen, wenn sie vom Himmel brennt. Allzu vielen Menschen scheint dies jedoch egal zu sein, ergab eine Stichprobe, die Hautärzte am Rande des Oktoberfests erfasst haben. Neun Tage lang hatten die Experten Besuchern beim Bayerischen Zentral-Landwirtschaftsfest kostenlose Untersuchungen der Haut angeboten. Das wichtigste Ergebnis lautet: Menschen, die im Freien arbeiten, sind sehr viel häufiger an einer Vorstufe von Hautkrebs erkrankt, als man bisher dachte, der Aktinischen Keratose.

Mehr als die Hälfte der 2577 Probanden waren Landwirte, weitere 7 Prozent arbeiteten ebenfalls im Freien, und nur ein Drittel waren ausgesprochene „Schreibtischtäter“. Obwohl die Teilnehmer der Untersuchung mit 52 Jahren verhältnismäßig jung waren, war etwa jeder Vierte an einer Aktinischen Keratose erkrankt: 41 Prozent waren es bei den Männern und 14 Prozent bei den Frauen.

Die Aktinische Keratose aber gilt als eine Vorstufe (Präkanzerose) des „Weißen Hautkrebs“ – genauer des Plattenepithelkarzinoms, an dem in Deutschland jährlich etwa 100000 Menschen erkranken. Eine wichtige Maßnahme zur Vorbeugung ist der Gebrauch von Sonnenschutz, doch in der aktuellen Untersuchung hatten ausgerechnet unter den im Freien Tätigen fast 60 Prozent darauf verzichtet. Überdies hatten diese Menschen auch noch seltener an einer der kostenlosen Hautkrebsuntersuchungen (Screening) teilgenommen, als die Durchschnittsbevölkerung.

Die Studie wurde zwar von der Firma Beiersdorf mitfinanziert, die unter anderem Sonnencremes verkauft, könnte aber dennoch als doppelte Warnung dienen: Die eine geht an die Ärzte, und mahnt sie, im Freien tätige Menschen besonders gründlich zu untersuchen. Die zweite Warnung betrifft diese Menschen selbst und erinnert sie, sich mit Kopfbedeckung und Sonnencremes zu schützen und die kostenlosen Vorsorgeuntersuchungen in Anspruch zu nehmen.

Tizek L et al.: Skin diseases are more common than we think: screening results of an unreferred population at the Munich Oktoberfest. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2019 Mar 19. doi: 10.1111/jdv.15494.