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Das menschliche Gehirn mit der Kraft künstlicher Intelligenz erschließen
„Die Cloud war eine Revolution für das Gesundheitswesen und die Neurowissenschaften, mit vielen wirklich guten Services für den Umgang mit Patientendaten, Patientenakten und Bildverarbeitung.“
Es gibt nur wenige größere Geheimnisse auf der Welt als die Funktionsweise des menschlichen Gehirns.
Für Neurochirurgen stellt das Gehirn ein verwirrendes Gewirr aus physischem Gewebe und elektrischen Impulsen dar; schwer zu verstehen und noch schwieriger zu reparieren, wenn etwas schief geht.
Jetzt nutzt jedoch ein australisches Startup die Cloud, um Neurochirurgen mithilfe innovativer Brain-Mapping-Technologie dabei zu helfen, sich in diesen komplexesten menschlichen Organen zurechtzufinden.
Omniscient Neurotechnology ist die Idee der angesehenen Neurowissenschaftler und Neurochirurgen Dr. Stephane Doyen und Dr. Michael Sughrue.
Im Laufe ihrer Karriere stießen sie oft auf die Herausforderung, häufige Erkrankungen wie Schlaganfall und psychische Probleme nur begrenzt behandeln zu können, und waren entschlossen, neue Wege zu finden, um diese und andere Beschwerden auf neurologischer Ebene zu behandeln.
„Das Gehirn ist ein komplexer elektrischer Computer, und bei der aktuellen Bildgebung fehlen die elektrischen Informationen“, sagt Dr. Doyen. „Für einen Chirurgen besteht ein großes Risiko, in etwas zu schneiden, in das nicht geschnitten werden sollte.“
Dr. Doyen sagt, er sei fasziniert davon, wie das Gehirn Informationen verarbeitet. Deshalb begann er vor 20 Jahren, datengestützte Ansätze zur Gehirnanalyse zu erforschen. Er stellte jedoch fest, dass die heutige Datenverarbeitungstechnologie der enormen Komplexität des menschlichen Gehirns nicht gerecht werden konnte.
Der Wunsch, diese Herausforderung zu meistern, veranlasste ihn, das aufstrebende Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) als mögliche Lösung für diese Herausforderung der Datenverarbeitung zu untersuchen.
„Ich habe viel mit KI gearbeitet und wurde gut bezahlt und es hat mir Spaß gemacht, aber meine Liebe zu den Neurowissenschaften war im Hintergrund“, sagt Dr. Doyen.
Im Jahr 2018 nahm er Kontakt zu Dr. Sughrue auf, der seine Frustration teilte.
Die beiden kombinierten schnell ihre Erfahrungen und begannen, in der Konnektomik zu arbeiten, einem datengesteuerten Ansatz zur Erstellung und Analyse einer computergenerierten Karte der funktionellen und strukturellen Verbindungen des Gehirns.
Mithilfe der Rechenleistung von Amazon Web Services (AWS) entwickelten sie eine Methode zur Umwandlung von Daten aus MRT-Gehirnscans in eine dreidimensionale (3D) Karte der elektrischen Aktivität des menschlichen Gehirns.
Das Ergebnis ist das Operationsplanungstool Quicktome, das Neurochirurgen eine detaillierte Karte der Gehirnaktivität, ein sogenanntes Konnektom, zur Verfügung stellt, das für jeden Patienten spezifisch ist.
Dadurch können Chirurgen Behandlungen, insbesondere solche, die chirurgische Eingriffe beinhalten, besser planen, sodass gesunde Gehirnfunktionen nicht beeinträchtigt werden.
Dr. Doyen erklärt, wie Quicktome bei der Behandlung eines Patienten mit einem Gehirntumor wirkt.
„Wir helfen Chirurgen, zu wissen, was sie tun, damit sie bessere Entscheidungen treffen können“, sagt Dr. Doyen. „Der Patient erhält eine MRT-Untersuchung, und wir machen ein Bild seines Gehirns und senden es an die Cloud, wo wir eine detaillierte Karte erstellen. Wir schauen uns den Tumor an und schauen uns an, was getan werden kann, und holen die Gehirnkarte ein, um die Operation zu planen. Dabei zeigen wir die wichtigsten Strukturen des Gehirns auf und legen fest, welche Vorgehensweise ein Arzt wählen kann.“
Doyen und Sughrue haben ein Unternehmen aufgebaut, das heute weltweit mehr als 150 Mitarbeiter beschäftigt und mit einigen der weltweit führenden Kliniken und Neurochirurgen zusammenarbeitet, darunter dem Westchester Medical Center in New York.
Auf diese Weise ebnet Omniscient Neurotechnology den Weg für neue Behandlungen für eine Vielzahl von Erkrankungen und Störungen des Gehirns, einschließlich solcher, die mit der psychischen Gesundheit zusammenhängen. Dies ist teilweise auf das Prinzip der Gehirnplastizität zurückzuführen, das sich auf die Fähigkeit des Gehirns bezieht, seine Konfiguration aufgrund äußerer Einflüsse zu ändern.
„Psychische Gesundheit ist ein großes Problem, und jedes Jahr wird ein Fünftel der Menschen psychische Probleme haben“, sagt Dr. Doyen. „Mit Quicktome können wir psychische Probleme erkennen und diagnostizieren und auch nachverfolgen, wie die Behandlungen wirken. Wir können es sogar verwenden, um das Gehirn neu zu konfigurieren und seinen Zustand zu verbessern. Diese Fähigkeit ist äußerst nützlich, und es gibt Geschichten von Menschen, die ohne Einnahme einer Pille besser werden, indem sie das Gehirn neu konfigurieren.“
Laut Dr. Doyen war die Beziehung zu AWS wichtig, sowohl für die Bereitstellung der Rechenleistung, die die Brain-Mapping-Technologie von Omniscient Neurotechnology benötigt, als auch für die Unterstützung bei der Entwicklung der komplexen Algorithmen, die für die Verarbeitung solch großer Datenmengen erforderlich sind.
„Die Cloud war für das Gesundheitswesen und die Neurowissenschaften revolutionär und bietet viele großartige Services für den Umgang mit Patientendaten, Patientenakten und Bildverarbeitung“, sagt Dr. Doyen. „Viele Projekte wie diese finden nicht ihren Weg in die Arztpraxis, weil man sich mit all den Herausforderungen auseinandersetzen muss, die man bewältigen und dokumentieren muss, aber wir haben es erfolgreich gemeistert.“
Genutzte AWS-Services
Amazon EC2
Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) ist ein Webservice, der skalierbare Datenverarbeitungskapazität in der Cloud bereitstellt. Er wurde entwickelt, um Entwicklern Cloud-Computing im Web-Maßstab zu erleichtern.
Amazon EBS
Bei Amazon Elastic Block Store (Amazon EBS) handelt es sich um einen benutzerfreundlichen, skalierbaren und hochleistungsfähigen Blockspeicherservice, der für Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) entwickelt wurde.
Amazon VPC
Amazon Virtual Private Cloud (Amazon VPC) gibt Ihnen die volle Kontrolle über Ihre virtuelle Netzwerkumgebung, einschließlich Ressourcenplatzierung, Konnektivität und Sicherheit. Richten Sie zunächst Ihre VPC in der AWS-Servicekonsole ein.
Amazon Aurora
Amazon Aurora bietet integrierte Sicherheit, kontinuierliche Sicherungen, Serverless-Computing, bis zu 15 Lesereplikate, automatisierte Replikation in mehreren Regionen und Integrationen mit anderen AWS-Services.
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