Künstliche Intelligenz: Kann eine App den Corona-Schnelltest ersetzen?
Das Versprechen der Münchener Firma Audeering macht Hoffnung: Schon bald soll es möglich sein, Corona-Infizierte per App zu identifizieren.
Das Vorlesen eines kurzen Textes oder ein paar Mal Husten könnte dann ausreichen, um die eigene Stimme auf Marker zu analysieren, die bei Infizierten typisch sind.
Dass Apps in der Pandemie zum Einsatz kommen, ist nichts Neues. Schon seit Mitte 2020 ist die "Corona-Warn-App" im Einsatz, um durch Kontaktpersonennachverfolgung Infektionsketten möglichst schnell zu unterbrechen. Nun macht eine Münchener Firma Hoffnung auf eine weitere App zur Pandemiebekämpfung. Das Unternehmen Audeering will den Antigen-Schnelltest durch eine nicht-invasive und niedrigschwellige Test-Alternative ergänzen, die insbesondere im Vorfeld eines PCR-Tests zum Einsatz kommen soll. Das Versprechen: Ein sprachbasierter Covid-19-Test könnte per App deutlich schneller ein Testergebnis liefern, zudem kostengünstiger, ohne Plastikmüll und mit weniger Anwendungsfehlern im Heimgebrauch. Stimme bei Infizierten verändert "COVID-19 verankert sich sehr stark im respiratorischen System, also im Hals- und Lungenbereich", sagt Dagmar Schuller, Geschäftsführerin von Audeering. Diese Bereiche seien elementar für die Sprachproduktion, sodass man aus den Sprachsignalen auf eine Covid-19-Erkrankung schliessen könne. Heisst konkret: Die Stimme von Corona-Infizierten unterscheidet sich von Gesunden – und das ist messbar. Intonation, Intensität und Tempo der Stimme sind bei Infizierten verändert. Durch hohes Fieber könne es ausserdem messbare kognitive Störungen geben, erklärt Schuller. "Die auf tiefen neuronalen Netzen basierende Künstliche Intelligenz, die bei unserer Analyse von Audiosignalen zum Einsatz kommt, wertet über 6000 Parameter der menschlichen Stimme aus und ermöglicht die Identifikation von Voice-Biomarkern", erklärt Schuller. Phase der Datensammlung Um Covid-19 anhand sogenannter "Voice Biomarker" mit einer entsprechenden Wahrscheinlichkeit zu erkennen, wäre also nur ein Mikrofon notwendig. "Dass das funktionieren kann, haben wissenschaftliche Studien in unterschiedlichen Bereichen bereits dargestellt. Dazu zählen auch konkrete Forschungsarbeiten der Universität Cambridge, der EPFL in Lausanne, des MIT in den USA und hierzulande der Universität Augsburg", sagt Schuller. Audeering arbeitet gemeinsam mit der Universität Augsburg am sprachbasierten Corona-Test. An den ersten Veröffentlichungen im März 2020 waren auch Ärzte aus dem chinesischen Wuhan beteiligt. "Aktuell befinden wir uns noch in der Phase der Datensammlung und Modell-Validierung", sagt Schuller. Genauigkeit zwischen 80 und 90 Prozent Bisheriges Ergebnis der Forschungsstudie: Das KI-System erreicht eine Genauigkeit von bis zu 90 Prozent. "Damit sind wir noch nicht ganz auf der Wahrscheinlichkeitsstufe von Schnelltests", gibt Schuller zu. Hersteller von Schnelltests geben deren Sensitivität mit über 90 Prozent an. Indes konnte eine Studie der Universität Würzburg den Schnelltests im klinischen Praxiseinsatz nur eine Sensitivität von 42,6 Prozent nachweisen. Probleme bereitet vor allem eine geringe Viruslast zu Beginn einer Infektion. Audeering wiederum fehlt es allerdings auch noch an Daten: Mit Daten von Gesunden sowie Corona-Infizierten mit starken und mittleren Symptomen habe man die Künstliche Intelligenz bereits gut trainieren können. "Uns fehlen aber noch Datenspenden von Infizierten mit milden Symptomen", so die Unternehmerin. Kombination mit PCR-Test Der Allgemeinheit werde die App erst zugänglich sein, sobald die Erkennungsleistung gesteigert und die Modelle noch weiter mit einem klinischen Partner in der Praxis validiert würden. "Die App wird dann vermutlich auf Basis eines kurzen Sprachtests von bis zu einer Minute auswerten, ob ein Anwender Covid-positive Symptomatiken aufweist", sagt Schuller. Teil der Analyse könnte neben dem Vorlesen eines Textes auch Husten oder das Halten eines Vokals sein. Audeering plant derzeit eine Feldstudie mit dem direkten Vergleich zu Antigen-Schnelltests, die im europäischen Ausland durchgeführt wird. Sie betont: "Natürlich bleibt der PCR-Test der bis dato bessere Standard. Aber unsere App könnte einen wertvollen Beitrag beim Pre-Screening liefern." Wenn durch die App mit einer hohen Wahrscheinlichkeit Covid-19-Stimmmarker gefunden würden, sollte man sich im Anschluss einem PCR-Test unterziehen. Experten sind skeptisch Dass die App nach erfolgreicher klinischer Studie zuerst in Deutschland auf den Markt kommt, hält Schuller für unwahrscheinlich. "Sie muss medizinisch zertifiziert werden, das ist in Deutschland langwieriger als im Ausland", erklärt die Unternehmerin. Experten sind derweil skeptisch. "Es fällt mir schwer, zu glauben, dass das funktionieren kann. COVID-19 Symptome sind sehr vielfältig und divers", sagt beispielsweise Virologe Ulf Dittmer. Die Symptome würden von sehr vielen Faktoren, darunter Alter, Vorerkrankungen, Impfung, Genesung und Virusdosis beeinflusst. Audeering weist darauf hin, dass Vorerkrankungen bei der Datenspende abgefragt werden. KI in der Pandemiebekämpfung "Einige infizierte Menschen husten gar nicht. Viele sind bei Omikron symptomlos. Einzelne Symptome zu analysieren, kann also nur bei den Menschen funktionieren, die diese Symptome auch haben. Ich habe hier grosse Zweifel", so der Mediziner weiter. Auch Virologe Uwe Gerd Liebert ist skeptisch: "Die Symptome von COVID-19 überlappen mit denen anderer viraler und nichtviraler Atemwegsinfektionen in erheblichem Masse", erinnert er. Von einem wertvollen Beitrag der Künstlichen Intelligenz in der Pandemiebekämpfung ist sein Kollege Dittmer dennoch überzeugt. "Wir setzen KI beispielsweise bei der Analyse von SARS-CoV-2 Virusvarianten ein und wollen in Zukunft Abwasser mit Sequenzierung und KI analysieren, um lokale Ausbrüche frühzeitig detektieren zu können", sagt er. Gleichzeitig werde Künstliche Intelligenz regelmässig bei der Analyse von Medikamentenresistenz bei Viren eingesetzt. Mehrere Ursachen für Symptome Auch Virologe Thomas Krech glaubt nicht, dass eine App den Schnelltest wird ersetzen können. "In der Infektionsdiagnostik gelten immer noch die Koch'schen Postulate, das heisst: Es muss das verursachende Agens nachgewiesen werden, um die ursächliche Diagnose stellen zu können." Der Grund: Der menschliche Organismus könne nur mit wenigen Reaktionsmustern auf hunderte von Auslösern reagieren. "Egal ob der Auslöser ein Virus oder von anderer Ursache, beispielsweise ein Gift oder eine Erkrankung ohne äussere Einwirkung, ist", beschreibt Krech. "Unzureichende Wahrscheinlichkeit" Eine Infektionskrankheit bekomme immer erst ihre Diagnose, wenn der Erreger nachgewiesen werden konnte. Virologe Liebert formuliert das so: "Das Ergebnis, was eine solche App liefert, ist nur eine unzureichende statistische Wahrscheinlichkeit." Und die wiederum hält er für nicht ausgereift genug. "Zum Erregernachweis braucht es immer Probenmaterial, im Falle von COVID respiratorisches Sekret, das mit dem Abstrichtupfer gewonnen wird oder als Speichel abgeliefert wird", betont auch Krech.