Wong fragte sich, ob es eine Möglichkeit gibt, diese Methode auf ein medizinisches Problem anzuwenden. Zu diesem Zeitpunkt wurde Wong von einem Dekan der Northwestern zu einer Cocktailparty eingeladen, auf der er Young traf.
Schwerarbeit im Gehirn
Als Kinderchirurgin spezialisierte sich Young auf das Einsetzen von Cochlea-Implantaten, zweiteiligen elektronischen Geräten, die am Kopf und im Ohr angebracht werden. Diese Implantate sollen beschädigte Teile des Innenohrs ausgleichen, die das Hören beeinträchtigen. Diese Implantate sind kein Heilmittel für Hörschäden, da die Sprache als ein summender Ton durchkommt, der es schwierig macht, Wörter zu verstehen.
Da der Ton von Cochlea-Implantaten nicht klar ist, erkennen Kinder unter 6 Jahren Sprache durchschnittlich ca. 15 Prozent schlechter als Kinder mit normalem Gehör. Um diese Lücke zu verringern, werden Kinder, die das Implantat erhalten, einer Sprachtherapie unterzogen. Um optimale Spracherkennungsergebnisse zu erzielen, ist ein intensives Therapieprogramm erforderlich, das mindestens mehrere Stunden pro Tag dauert und an mehreren Tagen der Woche durchgeführt wird. „Das Gehirn muss lernen, die Informationen umzusetzen, die es vom Implantat erhält,“ erklärt Young. „Es ist nicht so einfach, wie einen Beinbruch zu heilen.“
Ein kleiner Junge übt mit seinem Sprachtherapeuten (Quelle: kasto - stock.adobe.com)
Leider können nicht alle Patienten die Therapie voll nutzen. Eine langfristige, intensive Sprachtherapie ist sehr teuer. Die geringe Anzahl von Spezialisten und Programmen bedeutet, dass nur einem Bruchteil der Patienten geholfen werden kann, die diese benötigen. Außerdem können die Ergebnisse für Kinder, die eine umfangreiche Therapie erhalten, weit auseinanderklaffen. „Einige Kinder sprechen wunderbar auf die Therapie an, während andere Kinder weiterhin Schwierigkeiten haben,“ sagt Young. Da diese intensiven Programme wertvolle Ressourcen sind, ist es sinnvoll, sie jenen Kindern zur Verfügung zu stellen, die voraussichtlich den größten Nutzen daraus ziehen können.
Aber kann vorhergesagt werden, welche Empfänger von Cochlea-Implantaten am besten auf diese umfangreiche Therapie ansprechen? Wie Wong vermutet Young, dass die Antwort auf diese Frage in der Gehirnstruktur liegt. Ärzte machen routinemäßig MRT-Gehirnscans der Kinder, die Kandidaten für die Implantate sind (Abbildung 1). Aber auf welche Weise die Strukturen gemessen und ausgelegt werden können, um den Grad der Verbesserung vorherzusagen, den die Empfänger der Implantate wahrnehmen, blieb ein Rätsel. „Diese Implantate können das Leben entscheidend verändern,“ sagt Young. „Aber wir müssen wissen, welcher Bereich des Gehirns die Schwerarbeit leistet.“
Abbildung 1: : Ärzte machen routinemäßig MRT-Gehirnscans der Kinder, die Kandidaten für die Cochlea-Implantate sind, obwohl der Grad der Verbesserung, den die Empfänger mit der Zeit wahrnehmen, nicht vorhergesagt werden kann. (Quelle: Andrewshots/Shutterstock.com)
Ein Treffen Gleichgesinnter
Nach nur einem kurzen Gespräch auf der Cocktailparty, wussten Wong und Young, dass sie die Antwort auf die Frage des anderen hatten. „Ich wusste, dass ich in meiner ganzen Karriere auf jemanden wie Patrick gewartet habe,“ sagt Young.
Wong und Young arbeiteten kurz darauf zusammen, um mit ML vorherzusagen, welche Kinder mit einem Cochlea-Implantat am besten auf eine Sprachtherapie ansprechen würden. (Zwischenzeitlich wechselte Wong zur Chinese University of Hong Kong (CUHK), um deren Labor für Sprache, Lernen und das Gehirn zu leiten.) Wieder einmal war der Einsatz ML-basierter Software der Schlüssel, um Gehirnscans bezüglich der Gehirnstruktur zu untersuchen. Dieses Mal wurden jedoch die Scans von Kindern im Alter zwischen acht Monaten und vier Jahren untersucht, bevor den Kindern das Implantat eingesetzt wurde. Die Software suchte nach Wechselbeziehungen zwischen den Gehirnstrukturen in den Scans und inwieweit sich das Sprachverständnis der Kinder nach sechs Monaten Therapie verbessert hatte.
Das Projekt startete mit scheinbar wichtigen Hinweisen. Da die Kinder, die Kandidaten für das Implantat waren, üblicherweise seit ihrer Geburt keine Hörstimulation hatten, unterschieden sich einige ihrer Gehirnbereiche von denen anderer Kinder, die normal hören konnten. „Wenn Kindern keine Hörstimulation erhalten, entwickeln sich die Strukturen nicht auf die gleiche Weise,“ erklärt Wong. Diese Erkenntnis wies darauf hin, dass die entsprechenden Gehirnbereiche wichtige Anzeichen bergen könnten.
Als die ML-basierte Software die Scans durchlief, waren die Ergebnisse jedoch überraschend. Es stellte sich heraus, dass andere Gehirnbereiche, die nicht dem Hör- und Sprachvermögen zugeordnet wurden, für die Vorhersage, wie ein Kind auf die Sprachtherapie anspricht, wichtiger sind. „Wir haben herausgefunden, dass die Bereiche, die für Kognition, Aufmerksamkeit und Gedächtnis verantwortlich sind, die Entwicklung vorhersagen,“ erklärt Wong.