Mobiles EEG zur Detektion epileptischer Anfälle im Alltag

Eine Epilepsie-Erkrankung kann in Form, Ursache und Ausprägung stark
variieren. Zur Auswahl einer passgenauen Therapie ist es daher sehr
wichtig, das individuelle Krankheitsbild genau zu kennen. Bislang sind
Ärztinnen und Ärzte bei der Einschätzung der Anfallsfrequenz auf
Schilderungen von Betroffenen und von Bezugspersonen angewiesen. Die
Angaben sind jedoch oftmals unvollständig, da Anfälle nicht immer bewusst
wahrgenommen werden. An einer Lösung wird innerhalb des Projekts »MOND«
gearbeitet: Ein alltagstaugliches, mobiles Neurosensorsystem soll
automatisch epileptische Anfälle erkennen und für die ärztliche Anamnese
sowie zur Optimierung der Patientensicherheit dokumentieren.

Der eingängige Projekttitel »MOND« steht für die klare Zielsetzung des im
April 2020 gestarteten Vorhabens: Die konzeptionelle Entwicklung eines
»Mobilen, smarten Neurosensorsystems für die Detektion und Dokumentation
epileptischer Anfälle im Alltag«. Ein umfassend dokumentiertes
Krankheitsbild von Epilepsie-Patientinnen und -Patienten wäre ein
weitreichender Erfolg, da dieses eine passgenaue Diagnose und Therapie
ermöglichen würde. »Die Betroffenen selbst schätzen jedoch die
Anfallshäufigkeit und -stärke oftmals falsch ein. Das kann
unterschiedliche Ursachen haben. Die Symptome lassen sich nicht immer
eindeutig zuordnen oder sie bleiben unbemerkt, wie z.B. im Schlaf. Wir
schätzen, dass nur maximal die Hälfte der Anfälle bewusst wahrgenommen
wird«, erklärt Prof. Dr. Rainer Surges, Direktor der Klinik und Poliklinik
für Epileptologie am Universitätsklinikum Bonn.

Bisweilen ist eine automatische, mobile Dokumentation epileptischer
Anfälle außerhalb des Krankenhauses nicht zuverlässig möglich. Ein solcher
Ansatz würde jedoch vorhandene Lücken im Patientenbericht und in der
Einschätzung des Therapieerfolgs schließen. Durch die Auswertung eines
mobil erfassten Elektroenzephalogramms (EEG), also der elektrischen
Aktivitäten des Gehirns, geht das »MOND«-Projektkonsortium neue,
vielversprechende Wege. Diese sind aber auch mit großen Herausforderungen
verbunden. Das EEG-Signal selbst und seine Interpretation sind komplex.
Jegliche Muskel- und Bewegungsaktivität (Augenbewegung, Sprechen, Gehen)
erzeugt starke Signalstörungen oder Verfälschungen von Messergebnissen.
Diesen sogenannten »Artefakten« will man im Projekt mit Methoden der
künstlichen Intelligenz begegnen.

Ohrnahe Sensorik sorgt für Alltagstauglichkeit

Darüber hinaus gilt es ein System zu entwickeln, das möglichst unauffällig
und gleichzeitig mit hohem Komfort im Alltag getragen werden kann. Dr.
Insa Wolf, Gruppenleiterin Mobile Neurotechnologien am Fraunhofer IDMT,
erklärt: »Wir planen eine Datenerfassung mit einer am Ohr getragenen,
mobilen Aufnahme-Einheit für EEG- und weitere Biosignale. Zwei
verschiedene EEG-Systeme - eines im Ohr, das andere als flexible
Klebeelektrode hinter dem Ohr - werden miteinander bezüglich
Leistungsfähigkeit und Tragekomfort verglichen. Gerade durch die EEG-Daten
erhoffen wir uns eine klinisch bedeutsame Verbesserung der Detektion
epileptischer Anfälle.« Das Projekt baut auf den Arbeiten und
Erkenntnissen des BMBF-geförderten Projekts »EPItect« auf, in welchem
einige Mitglieder des Konsortiums bereits aktiv waren
(Universitätsklinikum Bonn, Cosinuss GmbH, Fraunhofer ISST).

Forschen im Verbund zum Nutzen der Patienten

Im Projekt »MOND« haben sich Experten aus der Technologie-Entwicklung und
der klinischen Praxis zusammengetan. Ein wesentlicher Ausgangspunkt der
Arbeiten ist ein Im-Ohr-Sensor der Cosinuss GmbH, welcher die
Vitalparameter Herzrate, Körpertemperatur, Sauerstoffsättigung und
Atemrate kontinuierlich misst und nun durch die Komponente der EEG-
Erfassung erweitert wird. Das Fraunhofer IDMT und die Universität
Oldenburg bringen sowohl methodische Expertise als auch weitreichende
Erfahrungen in den Bereichen Neurotechnologie, der Muster-Erkennung und
des Machine Learning ein. Die hinter dem Ohr klebenden Elektroden
(»cEEGrids«), die als zusätzliche EEG-Sensorik im Projekt eingesetzt
werden, sind ebenfalls eine Entwicklung der Universität Oldenburg. Darüber
hinaus setzt die HörTech gGmbH den Fokus auf die frühe Einbindung der
Nutzer und den Tragekomfort des Systems. Die Planung und Umsetzung der
patientennahen Projektstudien erfolgt gemeinsam mit dem
Universitätsklinikum Marburg unter der Führung des Universitätsklinikums
Bonn. Die Integration der neuen sensorbasierten Technologien in die
bestehende Systemlandschaft, die Telematikinfrastruktur sowie in den
Versorgungsprozess haben darüber hinaus das Fraunhofer ISST und das
Institut für Medizinmanagement und Gesundheitswissenschaften (IMG) der
Universität Bayreuth im Blick. Das IMG ist im Projekt außerdem für die
gesundheitsökonomische Bewertung zuständig.

Für das Fraunhofer IDMT hat das Projekt »MOND« zudem eine besondere
Bedeutung. Dr. Jens-E. Appell, Abteilungsleiter des Institutsteils Hör-,
Sprach- und Audiotechnologie in Oldenburg, erklärt: »Die Entwicklung und
Anwendung mobiler Neurotechnologie ist für uns gemeinsam mit der
Universität ein zentrales Forschungsthema, welches auf unserem Weg zu
einem eigenständigen Fraunhofer-Institut in Oldenburg von großer Bedeutung
ist. Umso mehr freut es uns, dass wir unser Know-how im Projekt »MOND« mit
exzellenten Forschungs , Entwicklungs- und Anwendungspartnern bündeln
können und gemeinsam an einer Verbesserung der Situation von
Epilepsiepatientinnen und -patienten arbeiten dürfen.«

Förderinformation: Das Projekt »MOND« wird gefördert durch das
Bundesministerium für Gesundheit BMG im Rahmen des Förderschwerpunkts
»Digitale Innovationen für die Verbesserung der patientenzentrierten
Versorgung im Gesundheitswesen, Smarte Sensorik«

Koordiniert wird das Projekt durch das Fraunhofer-Institut für Digitale
Medientechnologie IDMT, Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie
in Oldenburg.


Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA am Fraunhofer-Institut für Digitale
Medientechnologie IDMT in Oldenburg

Ziel des Institutsteils Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des
Fraunhofer IDMT ist es, wissenschaftliche Erkenntnisse über die
Hörwahrnehmung und Mensch-Technik-Interaktionen in technologischen
Anwendungen umzusetzen. Schwerpunkte der angewandten Forschung sind die
Verbesserung von Klang und Sprachverständlichkeit, die personalisierte
Audiowiedergabe sowie die akustische Sprach- und Ereigniserkennung mit
Hilfe künstlicher Intelligenz (KI). Einen weiteren Fokus setzt der
Institutsteil auf mobile Neurotechnologien, um auch außerhalb des Labors
Gehirnaktivitäten zu erfassen und die dabei gewonnenen Daten zu nutzen. Zu
den Anwendungsfeldern gehören Consumer Electronics, Verkehr, Automotive,
Produktion, Sicherheit, Telekommunikation und Gesundheit. Über
wissenschaftliche Kooperationen ist das Fraunhofer IDMT-HSA eng mit der
Carl von Ossietzky Universität, der Jade Hochschule und anderen
Einrichtungen der Oldenburger Hörforschung verbunden. Das Fraunhofer IDMT-
HSA ist Partner im Exzellenzcluster »Hearing4all«.
Der Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA wird zur
Überführung in ein eigenes Fraunhofer-Institut für Hör-, Sprach- und
Neurotechnologie gefördert im niedersächsischen Programm »Vorab« durch das
Nds. Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die Volkswagen Stiftung.

Weitere Informationen auf www.idmt.fraunhofer.de/hsa