High-Tech für die Seele

Das Verknüpfen von Geräten und Maschinen, der Aufbau von Plattformen für Anbieter und Nachfrager, die Mobilisierung bisher ortsgebundener Prozesse – das sind die Themen, an die die meisten Menschen denken, wenn sie den Begriff „Digitale Transformation“ hören. Aber neue Technologien, gepaart mit dem Erfindungsreichtum von Experten, eröffnen noch ganz andere Möglichkeiten. Wer hätte vor ein paar Jahren gedacht, dass mobile Geräte wie Smartphones oder Fitnesstracker Menschen mit Depressionen dabei helfen können, ihre Situation besser zu verstehen und damit umgehen zu können?

Genau daran arbeiten Professorin Dr. Galina Ivanova und Professor Dr. Ulrich Hegerl mit ihrem interdisziplinär zusammengesetzten Team aus Mitarbeitern des Instituts für Angewandte Informatik (InfAI) e.V. Leipzig und der Stiftung Deutsche Depressionshilfe. Das gemeinsame Ziel ist es, die Messdaten unterschiedlicher Sensoren so zu kombinieren und aufzubereiten, dass die Betroffenen – genauer als über die reine Selbstwahrnehmung – auf Veränderungen ihrer Symptomatik hingewiesen werden. Ein wichtiger Baustein für das Gelingen dieses Vorhabens ist der Aufbau und Betrieb einer technologischen Plattform, die nicht nur zuverlässig Daten sammelt, synchronisiert, auswertet und präsentiert. Sie muss darüber hinaus den strengen Anforderungen an Datensicherheit und -schutz genügen, die im medizinischen Umfeld Standard sind.

Den Menschen im Blick

Die Vision hinter dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt STEADY (Sensorbasiertes System zur Therapieunterstützung und Management von Depressionen): Ein System für Menschen, die an Depressionen erkrankt sind, bestehend aus Sensoren und einem Smartphone, sammelt weitgehend selbständig Bio- und Verhaltensdaten der Betroffenen. Diese ergänzen ihre Daten um regelmäßige Selbsteinschätzungen ihrer Stimmungslage sowie andere Auskünfte, beispielsweise zu Tagesaktivitäten, Schlafqualität oder Medikamenteneinnahme. Über einen längeren Zeitraum lernen die Algorithmen, die alle Angaben im Hintergrund analysieren, die Situation des Einzelnen immer besser kennen.

Dem gestiegenen Bedarf steht jedoch weitestgehend die gleiche Anzahl an Fachärzten und Psychotherapeuten gegenüber. Selbstmanagement- Ansätze wie STEADY gewinnen daher zunehmend an Bedeutung“, erläutert Professor Hegerl.

„Wir wollen ein System schaffen, das den Betroffenen dabei hilft, ihre individuelle Situation besser kontrollieren zu können – und gleichzeitig die absolute Hoheit über ihre Daten zu behalten“, fasst Professorin Ivanova zusammen. Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelten sie und Professor Hegerl das Konzept für STEADY. Innerhalb von knapp drei Monaten definierten sie Ziele, Funktionen und Komponenten, die das Gesamtsystem ergeben sollten. Während Professor Hegerl mit seinem Team aus Sicht der Fachexperten für Depression auf das Thema blickte, brachten die Experten rund um Professorin Ivanova das notwendige Wissen über Datenanalyse und Algorithmen ein, um STEADY zu realisieren. Expertise ist gefragt, um die Hürden zu überwinden, die zwischen dem Konzeptpapier und der praktischen Umsetzung lagen.

Mehr Daten bedeuten mehr Wissen

Die Experten vom InfAI mussten sich an vielen Stellen mit technischen Fragestellungen beschäftigen, die gänzlich neu waren und erst durch die Arbeit an STEADY auftraten. Denn bisher wurden solche Daten ausschließlich punktuell im engmaschig kontrollierbaren Umfeld eines Krankenhauses oder einer Arztpraxis durch medizinisches Fachpersonal erhoben. Bei dem Projekt geht es jetzt im Gegensatz dazu darum, über einen längeren Zeitraum im Alltag der Betroffenen weitestgehend automatisiert

Informationen zu sammeln und auszuwerten. Ein Alltag, der von Person zu Person natürlich völlig anders aussieht. „Mit STEADY bringen wir Technologie raus zu den Betroffenen“, fasst Professorin Ivanova zusammen. „Entsprechend gilt es ein System zu entwickeln, das auch unter nicht vorhersehbaren Umständen verlässlich arbeitet.“

Als weitere Quelle band das STEADY-Team das Smartphone des Nutzers in das System ein. Neben sensorischen Daten, beispielsweise der Ortsbestimmung über das GPS, bekommen die Experten so auch Einblick in seine Kommunikations- und sozialen Aktivitäten. Professor Hegerl betont, dass die Akzeptanz des Systems mit dem Vertrauen der Nutzer in den verantwortungsvollen Umgang mit ihren persönlichen Daten steht und fällt. „Es geht nicht um die tatsächlichen Inhalte der Kommunikation, sondern wir wollen quantitative Informationen über die Nutzung des Smartphones analysieren. Daraus soll beispielsweise abgeleitet werden, ob jemand seine sozialen Interaktionen einschränkt. Viele Menschen ziehen sich während einer depressiven Phase aus sozialen Aktivitäten zurück, somit können Veränderungen hier ein Frühwarnzeichen für eine beginnende depressive Episode sein.“ Auch bei den GPS-Daten gehen die Experten mit dem nötigen Fingerspitzengefühl vor: So kann der Nutzer Orte, die für ihn eine besondere Bedeutung haben – beispielsweise Arbeitsstätte oder Wohnung – mit einer Kennung versehen, die nur ihm bekannt ist. Niemand außer ihm weiß also, was sich dahinter verbirgt.

Das Smartphone dient auch zur Aufnahme von Sprachproben, die die Nutzer als Teil des STEADY-Programms in regelmäßigen Abständen einsprechen. Die Auswertung dieser Aufnahmen über einen längeren Zeitraum erlaubt einen Rückschluss auf mögliche Veränderungen der Stimme, was ebenfalls ein Indikator für einen Stimmungswechsel sein kann. Ergänzt wird die Hardware- Seite des Projektes durch einen Bettsensor, der wichtige Schlafparameter erfasst.

STEADY setzt auf ein umfangreiches Set an Komponenten, das dazu dient, den Betroffenen – und auf Wunsch ihren Therapeuten – einen detaillierten und aussagekräftigen Einblick in seine Situation zu ermöglichen. Ob Ortsdaten, Bewegungsdaten, Schlafdaten, soziale Aktivitäten oder Sprachmuster: Innerhalb dieser Daten gilt es nun, individuelle Auffälligkeiten zu finden, die auf eine depressive Phase hinweisen. Dabei ist es Professor Hegerl wichtig zu betonen, dass sich eine depressive Phase bei jedem Menschen anders ankündigen und auch auswirken kann. Dementsprechend wird die Entwicklung jedes einzelnen Patienten mit seinen eigenen Vergangenheitsdaten verglichen. Ziel ist es, so eine Reihe individueller Indikatoren zu identifizieren.

An der Schnittstelle zwischen dem System und den Betroffenen arbeitet das STEADY-Team mit einer intuitiv zu bedienenden Smartphone-App. Für die Entwicklung dieser Anwendung setzen die Verantwortlichen auf die Fachleute von adesso mobile solutions. Die App, die die Mobile-Experten aktuell entwickeln, dient einerseits dazu, die gesammelten Informationen attraktiv und leicht verständlich aufzubereiten. Andererseits unterstützt sie die Nutzer mit einem geführten Fragebogen bei der Bewertung ihrer eigenen Situation. Diese Selbsteinschätzung ist ein wichtiger Baustein innerhalb von STEADY. Sie hilft dem System dabei, die gesammelten Daten vor dem Hintergrund des individuellen Befindens zu analysieren. Dabei legten die Mobile-Experten Wert darauf ein System zu designen, das auch weniger technikaffine Nutzer problemlos bedienen können.

Genauso wichtig wie die Schnittstelle in Richtung der Betroffenen ist die Infrastruktur im Hintergrund, die das System zusammenhält. Für das Entwickeln dieser Infrastruktur setzt das STEADY-Team auf die adesso-Experten. Gemeinsam entwickeln sie ein Fundament, das mit einer Vielzahl von Geräten und Anforderungen umgehen kann. Denn die Grundidee des Projektes – das Messen von relevanten Parametern im privaten Umfeld über einen langen Zeitraum – lässt sich nur realisieren, wenn die technischen Grundlagen des Systems unter allen Umständen reibungslos funktionieren. „Wenn wir Menschen über Monate, Jahre oder vielleicht sogar ein Leben lang mit STEADY begleiten wollen, muss unser System auf dem heimischen Balkon genauso gut messen und funktionieren wie im Urlaub, muss es mit schlechten Datenverbindungen ebenso umgehen können wie mit dem Ausfall von einzelnen Komponenten“, erläutert Professorin Ivanova. Darüber hinaus setzten sich die IT-Experten insbesondere mit dem Datenschutz auseinander. Die Daten auf dem Smartphone, die Übertragung auf die Systeme im Hintergrund und die Weiterverarbeitung dort müssen natürlich allen Sicherheitsanforderungen genügen, die dieses sensible Thema mit sich bringt. Entsprechend sicher müssen die Kommunikationsprotokolle und die Backend-Infrastruktur sein. So wird unter anderem sichergestellt, dass die Zugriffsrechte, die der Nutzer sehr kleinteilig einrichten kann, auch entsprechend im System abgebildet werden können.

Der Anfang ist gemacht

Im Herbst 2017 hat STEADY mit dem ersten praktischen Anwendungstest begonnen. Im Laufe des Projekts sollen 20 Patienten – begleitet vom Team der Stiftung Deutsche Depressionshilfe – den aktuellen Stand der Hard- und Software in ihrem Alltag einsetzen. Für die Teams um Professorin Ivanova und Professor Hegerl geht es jetzt darum, für die nächsten Monate Messdaten zu sammeln und auszuwerten. Diese Daten sind dann die Grundlage für die Entwicklung der Algorithmen, die in der nächsten Stufe des Projektes – voraussichtlich ab Sommer 2018 – von den Experten auf Herz und Nieren getestet werden. Unter anderem setzen sie dabei auf Machine-Learning-Technologien die dabei helfen, Zusammenhänge in den Trainingsdatensätzen zu deuten. Wenn sich die Selbsteinschätzung der Nutzer verschlechtert, „schaut“ das System zurück und versucht, Muster zu erkennen und Kenngrößen zu suchen, mit welchen solche Stimmungsverschlechterungen vorhergesagt werden können. Erst nach dieser Phase können die Beteiligten entscheiden, ob der Demonstrator die Erwartungen erfüllt und die Weiterentwicklung in Richtung eines Prototypen und dann gegebenenfalls eines Produktes sinnvoll ist.

Während STEADY jetzt also gerade in seine erste Bewährungsphase in die Praxis geht, denkt Professor Ivanova bereits über andere Einsatzszenarien nach: „Wenn Sensorik, Plattform und Technologie stehen, wenn die Algorithmen ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt haben, können wir das STEADY-Konzept auch auf andere Krankheitsbilder übertragen.“ Denkbar ist beispielsweise der Einsatz im Umfeld anderer psychischer oder kardiovaskulärer Erkrankungen. Oder bei der Unterstützung von Rehabilitationsmaßnahmen. So kann es ein STEADY-ähnliches System gerade älteren Patienten oder Bewohnern ländlicher Gebiete erlauben, zumindest Teile der Maßnahmen in ihrer häuslichen Umgebung wahrzunehmen.

Sensoren, Wearables, mobile Anwendungen, Algorithmen, IT-Infrastrukturen und eine Menge Expertenwissen: Das sind die Komponenten, aus denen die Digitale Transformation besteht. Und das sind auch die Komponenten, aus denen Professor Hegerl und Professorin Ivanova gemeinsam mit ihrem interdisziplinären Team an der Stiftung Deutsche Depressionshilfe und am InfAI einen neuen Ansatz aufbauen, um Menschen mit Depressionen zu helfen. Ein Ansatz, der die Lebensqualität vieler Betroffener verbessern könnte.

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt STEADY (Sensorbasiertes System zur Therapieunterstützung und Management von Depressionen) entwickeln Experten ein System für Menschen, die von Depressionen betroffen sind. Dazu setzen sie auf Sensoren und Smartphones, die weitgehend selbständig Biound Verhaltensdaten von Betroffenen sammeln.

Ziel ist es, ein System zu schaffen, das den Betroffenen dabei hilft, ihre individuelle Situation besser kontrollieren zu können – und gleichzeitig die absolute Hoheit über ihre Daten zu behalten. Dazu arbeitet ein Team aus Fachexperten für Depression gemeinsam mit Fachleuten für Datenanalyse und Algorithmen an der Umsetzung.

STEADY geht in die erste praktische Bewährungsphase. Im Laufe dieser Phase sollen 20 Patienten – begleitet vom Team der Stiftung Deutsche Depressionshilfe – den aktuellen Stand der Hard- und Software in ihrem Alltag einsetzen. Auf Basis der gesammelten Messdaten entwickeln die Experten dann die Algorithmen des Systems.