Vermeidung von Opiaten - Ein neues KI-Rezept gegen Schmerzen

Ein von der NIH finanziertes Studium unter der Leitung des Worcester Polytechnic Institute (WPI) zielt darauf ab, künstliche Intelligenz zu nutzen, um chronische Schmerzpatienten zu achtsamkeitsbasierten Behandlungen anstatt zu Opioiden zu führen. Durch die Analyse von Patientendaten mittels maschinellem Lernen soll die Forschung Individuen identifizieren, die am meisten von nicht-pharmakologischen Interventionen profitieren könnten, was möglicherweise die Opioidabhängigkeit reduziert und eine individuellere Pflege bietet. Dieser innovative Ansatz, der sich auf chronische untere Rückenschmerzen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen konzentriert, könnte das Schmerzmanagement und die Gesundheitskosten revolutionieren. Credit: Melissa E. Arndt

Eine von der NIH unterstüzte und vom Worcester Polytechnic Institute durchgeführte Studie zielt darauf ab, künstliche Intelligenz einzusetzen, um effektive achtsamkeitsbasierte Behandlungen für chronische untere Rückenschmerzen zu identifizieren und den Patienten Alternativen zum Opioidgebrauch zu bieten.

Das Worcester Polytechnic Institute (WPI) wird eine fünfjährige Studie leiten, die die Möglichkeit untersucht, künstliche Intelligenz zur Unterstützung von Ärzten bei der Lenkung von Patienten mit chronischen Schmerzen in Richtung achtsamkeitsbasierter Methoden und weg von Opioiden, die ein Suchtrisiko bergen, zu verwenden.

Die neue von den National Institutes of Health (NIH) HEAL (Helping to End Addiction Long-term) initiative-finanzierte Studie wird maschinelles Lernen, eine Form von künstlicher Intelligenz, einsetzen, um in Patientendaten nach Hinweisen zu suchen, die Ärzten helfen könnten, besser zu bestimmen, wer wahrscheinlich am meisten von achtsamkeitsbasierter Stressreduktion, oder MBSR, bei der Schmerzbewältigung profitieren würde.

„Für Ärzte wird es ein neuer Tag sein“, sagte Jean King, Dekan für Kunst und Wissenschaften der Peterson Family an der WPI. „Zuverlässig vorhersagen zu können, wer gut auf nicht-pharmakologische Interventionen ansprechen würde, wird Leben retten.“

Das WPI hat vom NIH 1,6 Millionen Dollar an Finanzmitteln erhalten, um mit der Gestaltung der Studie zu beginnen; wenn die vom Team definierten Benchmarks erreicht werden, könnten das Forschungsteam und die Universität über den Verlauf der nächsten fünf Jahre insgesamt fast 9 Millionen Dollar an Forschungsmitteln erhalten.

Die Ergebnisse der Studie könnten den Gesundheitsdienstleistern mächtige Werkzeuge an die Hand geben, um Menschen dabei zu helfen, den Einsatz von Opioiden zu vermeiden, die zu lebenslangen Kämpfen mit der Sucht führen können. Eine zu starke Abhängigkeit von Opioiden zur Schmerzbehandlung kann verheerende Folgen haben; im Jahr 2021 starben mehr als 16,000 Menschen an Überdosen mit verschreibungspflichtigen Opioiden und mehr als 80,000 Menschen an Opioid-Überdosen insgesamt - ein Todesfall alle 6 Minuten. Es gab besorgniserregende Zunahmen von Opioid-bezogenen Todesfällen in schwarzen und indigenen Bevölkerungsgruppen.

Gleichzeitig ist chronischer Schmerz auch ein großes Anliegen. Ein kürzlich veröffentlichter Morbiditäts- und Mortalitätsbericht der U.S. Centers for Disease Control and Prevention schätzte, dass mehr als 51 Millionen Menschen - mehr als 20% der erwachsenen U.S. Bevölkerung - chronische Schmerzen haben.

Frühere Studien haben gezeigt, dass MBSR wirksam dabei hilft, Menschen dabei zu unterstützen, mit chronischen Schmerzen umzugehen, aber der Achtsamkeitsansatz funktioniert nicht für jeden. Ärzte und Kliniker wissen nicht genau, für wen es funktionieren würde und warum.

Die Studie wird sich speziell auf chronische untere Rückenschmerzen in vielfältigen Bevölkerungsgruppen konzentrieren und physiologische Daten wie Schlafmuster, Herzfrequenz und allgemeine körperliche Aktivität, die über 350 Teilnehmer während einer sechsmonatigen Studie durch Fitnesssensoren sammeln, heranziehen. In Kombination mit selbstberichteten Informationen über Depression, Angst, Schmerz und die Ebenen sozialer Unterstützung werden die Daten von speziell entwickelten maschinellen Lernmodellen analysiert, um Muster zu erkennen, die einem Arzt möglicherweise nicht auffallen würden. Die Informationen erlauben es dem Modell, vorherzusagen, ob ein Patient vorteilhaft auf Achtsamkeit ansprechen würde, was den Ärzten hilft, die Behandlungen besser auf einzelne Patienten abzustimmen.

Diese Vorhersagekraft könnte sich als mächtiges Instrument für Ärzte erweisen, die sich bisher möglicherweise vor der Verschreibung achtsamkeitsbasierter Stressreduktion gescheut haben, sagte Carolina Ruiz, die stellvertretende Dekanin für Kunst und Wissenschaften am WPI und Harold L. Jurist '61 und Heather E. Jurist Dekanin Professor für Informatik, die seit mehr als zwei Jahrzehnten maschinelles Lernen erforscht und lehrt. Sie fügte hinzu, dass die in der Studie verwendeten maschinellen Lernmodelle interpretierbar sein werden - Ärzte und Forscher werden genau bestimmen können, warum ein Patient möglicherweise gut oder nicht gut auf Achtsamkeitsmethoden anspricht.

„Es wird Zeit für die Patienten sparen - sie müssen sich nicht einer Behandlung unterziehen, die nicht hilft“, sagte sie. „Es wird auch viel an Gesundheitskosten einsparen und könnte auf andere Arten von Schmerzen und andere Arten von Behandlung anwendbar sein.“

The study, dubbed Integrative Mindfulness-based Predictive Approach for Chronic low back pain Treatment, or IMPACT, will bring together a diverse group of researchers at WPI, UMass Chan Medical School, and Boston University Chobanian & Avedisian School of Medicine. Along with King and Ruiz, WPI faculty researchers include Emmanuel Agu, the Harold L. Jurist ’61 and Heather E. Jurist Dean’s Professor of Computer Science and MPI, Angela Incollingo Rodriguez, assistant professor of psychological and cognitive sciences, Zheyang Wu, professor, mathematical sciences, and Benjamin Nephew, assistant research professor, biology and biotechnology.

Agu’s expertise in analyzing sensor data using smartphones and fitness trackers will play a critical role in the study. The devices will track several data points, but Agu said of particular interest to researchers will be participants’ circadian rhythms–sleep and wake cycles.

“Sleep has an immense impact on our overall health,” said Agu, who is a co-principal investigator on the study. “An individual in pain is more likely to experience broken sleep, which can lead to a host of other health issues. Mindfulness-based approaches may help participants sleep better, which can reduce some of those other risk factors.”

The study will include racially and ethnically diverse populations typically underrepresented in both the research and practice of mindfulness-based stress reduction, despite being at increased risk for stress, chronic pain, and the associated adverse outcomes they bring. Participants will be recruited from the Boston metro region through Boston Medical Center and Cambridge Health Alliance, and from the Worcester region through UMass Chan and WPI.

Partners on the grant and community leaders are excited for the work to begin.

Dr. Natalia Morone, associate professor of medicine at Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, a primary care physician at Boston Medical Center, and a co-principal investigator on the study, said the key will be identifying specific markers that indicate people will respond to mindfulness treatment. “We are doing this in an innovative way because we are using machine learning to figure this out,” Morone said. “I am very excited to partner with my colleagues at WPI and UMass Chan to accomplish this study. It has the potential to help many people.”

Dr. David D. McManus, the Richard M. Haidack Professor in Medicine and chair and professor of medicine at UMass Chan, said the medical school will bring invaluable experience to the study gained from overseeing the cores of prominent studies, such as the Framingham Heart Study, National Institutes of Health Rapid Acceleration of Diagnostics (RADx) initiative, and the Risk Underlying Rural Areas Longitudinal (RURAL) study.

“The wealth of knowledge accumulated through the administration and management of critical components in these studies positions us at the forefront of groundbreaking research,” McManus said. “Our enthusiasm is heightened as we join forces with WPI and BU under the capable leadership of Jean King.”

Dr. Matilde Castiel, commissioner of health and human services in Worcester, said AI is a tool to help the healthcare system deliver better and more personalized care.

“I am thrilled that WPI will use AI to address chronic back pain and make an impact on the opioid epidemic, which is truly a public health emergency not only in our city and state, but nationally,” Castiel said. “This intervention can decrease the reliance of opioids for chronic back pain and provide a more targeted approach that is specific to the individual.”