Neue Wege der Diagnostik KI analysiert Smartphone-Videos bei Parkinson und Co.

Ein verlangsamter Gang, zitternde Hände oder Veränderungen der Mimik können Hinweise auf neurologische Erkrankungen liefern. Am Universitätsklinikum Ulm untersucht eine neue Forschungsgruppe, wie sich solche Bewegungsmuster mithilfe handelsüblicher Smartphones und Künstlicher Intelligenz (KI) objektiv erfassen lassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt das Vorhaben mit rund 1,8 Millionen Euro.

Die Forschungsgruppe unter Leitung von Dr. Maximilian Friedrich, Wissenschaftlicher Oberarzt an der Klinik für Neurologie, will digitale Messverfahren entwickeln, die künftig die neurologische Diagnostik ergänzen und Veränderungen im Krankheitsverlauf sowie die Wirkung von Therapien genauer erfassen können.

Smartphone-Kamera erfasst kleinste Bewegungsveränderungen

Für die Untersuchungen benötigen die Forschenden keine aufwendige Spezialausrüstung. Ein handelsübliches Smartphone reicht aus, um Bewegungen aufzuzeichnen. Patientinnen und Patienten gehen beispielsweise einige Meter vor der Kamera, führen bestimmte Handbewegungen wiederholt aus oder bewegen Gesicht und Augen nach vorgegebenen Mustern. Die Aufnahmen dauern meist nur wenige Minuten.

Anschließend wertet eine KI die Videos aus. Dabei kommen Verfahren des sogenannten Deep Learning und der Computer Vision zum Einsatz. Die Software erfasst unter anderem Geschwindigkeit, Bewegungsumfang, Rhythmus, Symmetrie und Unterschiede zwischen einzelnen Bewegungsabläufen.

Weiterführende KI-Methoden sollen komplexe Muster erkennen und diese mit klinischen Untersuchungsergebnissen sowie Aufnahmen des Gehirns verknüpfen.

Parkinson und Schlaganfall im Fokus

Bewegungs- und Gleichgewichtsstörungen gehören zu den wichtigsten Untersuchungsfeldern der Forschungsgruppe. Solche Veränderungen können insbesondere bei Parkinson-Syndromen oder nach einem Schlaganfall auftreten.

Bislang beurteilen Ärztinnen und Ärzte diese Auffälligkeiten hauptsächlich durch klinische Untersuchungen und standardisierte Bewertungsskalen. Die etablierten Verfahren können jedoch sehr feine Veränderungen nur eingeschränkt objektiv messen. Zudem können unterschiedliche Untersuchende zu abweichenden Einschätzungen kommen.

Gerade frühe Bewegungsveränderungen könnten künftig eine größere Rolle spielen. Forschungsergebnisse zeigen, dass sie bei einigen neurologischen Erkrankungen bereits viele Jahre vor eindeutigen Symptomen auftreten können.

Wie detailliert eine computergestützte Analyse sein kann, zeigt sich am Beispiel der Parkinsonkrankheit. Statt lediglich festzustellen, dass eine Handbewegung verlangsamt ist, lassen sich Geschwindigkeit, Bewegungsweite und Regelmäßigkeit der Fingerbewegungen quantifizieren. Auch Veränderungen während wiederholter Bewegungen können erfasst werden.

„Unser Ziel ist es nicht, die neurologische Untersuchung durch spezialisiertes medizinisches Personal zu ersetzen, sondern sie um objektive Messinstrumente zu ergänzen – quasi wie ein EKG oder ein Mikroskop, nur für Bewegungen“, erklärt Dr. Friedrich.

Zusammenhang zwischen Gehirn und Bewegung verstehen

Die Forschenden wollen nicht nur Bewegungen messen, sondern auch deren neurologische Ursachen besser verstehen.

„Wir wollen Bewegung als digitalen Biomarker nutzbar machen“, erklärt Dr. Friedrich. „Unser Ziel ist es, neurologische Bewegungsmuster objektiv zu messen und besser zu verstehen, wie sie sich im Krankheitsverlauf und unter einer Therapie verändern.“

Dafür werden die aus den Videos gewonnenen Daten mit klinischen Informationen und moderner Hirnbildgebung zusammengeführt. Das Team untersucht, welche Netzwerke im Gehirn bestimmten Bewegungsmustern zugrunde liegen.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Veränderungen durch die Tiefe Hirnstimulation, bei der gezielt in Hirnnetzwerke eingegriffen wird, sowie auf umschriebenen Hirnschädigungen, beispielsweise nach einem Schlaganfall.

Die entwickelten Methoden sollen langfristig auch bei weiteren neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden können.

Untersuchungen könnten künftig auch zu Hause stattfinden

Ein möglicher Vorteil der Technik liegt darin, dass handelsübliche Smartphones oder Webcams für die Aufnahmen ausreichen.

Langfristig könnten Patientinnen und Patienten ihre Bewegungen deshalb auch außerhalb spezialisierter Kliniken regelmäßig erfassen lassen. Wiederholte Messungen über längere Zeiträume könnten helfen, individuelle Krankheitsverläufe genauer zu beobachten und Veränderungen unter einer Therapie präziser zu beurteilen.

Bis solche Anwendungen in der medizinischen Versorgung eingesetzt werden können, sind allerdings weitere Forschungsarbeiten erforderlich. Die Entwicklung objektiver Messinstrumente steht im Mittelpunkt des geförderten Projekts.

1,8 Millionen Euro für neue Forschungsgruppe

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft stellt für den Aufbau der Emmy-Noether-Forschungsgruppe am Universitätsklinikum Ulm rund 1,8 Millionen Euro bereit.

Das Emmy-Noether-Programm ermöglicht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in einer frühen Karrierephase, eigenständig eine Forschungsgruppe zu leiten und sich für eine wissenschaftliche Laufbahn mit dem Ziel einer Professur zu qualifizieren.

Das neue Team verbindet klinische Neurologie, Künstliche Intelligenz, Computer Vision sowie strukturelle und funktionelle Hirnbildgebung. Erste Mitarbeitende kommen aus Kanada, Italien und Indien nach Ulm.

Unterstützt wird der Aufbau zusätzlich durch die Medizinische Fakultät und das Universitätsklinikum Ulm. Dazu gehören unter anderem weitere Postdoc- und Promotionsstellen im Rahmen des wissenschaftlichen Oberarztprogramms.

Kooperationen bestehen unter anderem mit Fachbereichen der Informatik, Biomedizinischen Technik und Neuroradiologie sowie mit der Technischen Hochschule Ulm.

Patienten gestalten Forschung mit

Auch Menschen mit neurologischen Erkrankungen werden in die Entwicklung der neuen Verfahren einbezogen.

Patientinnen und Patienten mit Parkinson unterstützen das Forschungsteam beispielsweise dabei, Fragestellungen zu entwickeln, die sich an den tatsächlich relevanten Veränderungen ihres Alltags orientieren.

Damit sollen die digitalen Messverfahren nicht nur technisch präzise arbeiten, sondern langfristig auch einen konkreten Nutzen für die neurologische Versorgung bieten.

Forschungsleiter bereits mehrfach ausgezeichnet

Dr. Maximilian Friedrich ist Wissenschaftlicher Oberarzt an der Klinik für Neurologie des Universitätsklinikums Ulm. Seine klinisch-wissenschaftliche Ausbildung absolvierte er am Universitätsklinikum Würzburg sowie am Brigham and Women’s Hospital der Harvard Medical School in Boston.

Seit 2025 baut er in Ulm eine eigene Forschungsgruppe auf. Für seine Arbeiten zur KI-gestützten Bewegungsanalyse bei Parkinson-Syndromen sowie zur Kartierung von Hirnnetzwerken und zur Untersuchung schlaganfallbedingter Gleichgewichtsstörungen erhielt er unter anderem den NeuroTech-Innovationspreis der Manfred und Ursula-Müller-Stiftung sowie den Karriereförderpreis der Jung Stiftung für Forschung und Wissenschaft.

Das Universitätsklinikum Ulm gehört zu den vier Universitätsklinika in Baden-Württemberg. Es verfügt über 30 Kliniken, 16 Institute und 1.515 Betten. Jährlich werden dort rund 56.000 Menschen stationär behandelt. Hinzu kommen knapp 270.000 ambulante Quartalsfälle. Rund 8.500 Beschäftigte arbeiten am Klinikum, während etwa 4.000 Studierende an der Medizinischen Fakultät der Universität Ulm eingeschrieben sind.

Weitere Informationen gibt es unter uniklinik-ulm.de.

(Quelle: Universitätsklinikum Ulm)