Alzheimerforschung

Mit Big Data gegen Gedächtnisschwund

Statistisch gesehen steigt das Risiko einer Demenzerkrankung mit zunehmenden Alter, insbesondere ab dem 65. Lebensjahr. (Bild. pixabay)

Forscher wollen mit einem bislang einzigartigen Projekt Wege finden, Alzheimer zu diagnostizieren, noch bevor Symptome auftreten. Helfen soll dabei eine neue Computerarchitektur, die riesige Informationsmengen schneller als zuvor bearbeiten kann.

Es war ein Abendessen, das für Joachim Schultze vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) zum Blick über den Tellerrand mit unerwarteten Folgen wurde. Sein Bruder Hartmut erzählte von einem Projekt seines Arbeitgebers Hewlett-Packard Enterprise (HPE): “the Machine“ – einer vollkommen neuen Art von Computer. Ein paar Monate später stand Joachim Schultze gemeinsam mit dem wissenschaftlichen Leiter des DZNE, Pierluigi Nicotera, bei HPEs “Discover“-Konferenz in Las Vegas auf einer Bühne vor Hunderten von Computerwissenschaftlern, um eine einmalige Kooperation vorzustellen - ein gemeinsames Forschungsprojekt von HPE und DZNE, in dem Informationstechnologie und Medizin zusammenkommen.

Eine Paarung, die nur auf den ersten Blick überraschend erscheint, denn Gedächtnisprobleme bestimmen die Alzheimerforschung in mehr als einer Hinsicht. Die Krankheit verändert das Gehirn auf vielen verschiedenen Ebenen - vom Zellstoffwechsel über die Anatomie bis hin zur geistigen Leistungsfähigkeit. Um Ursache und Wirkung allein von einem einzigen dieser Puzzle-Teile zu verstehen, müssten unglaublich viele Informationen zusammengebracht werden. Solche “Big Data“-Untersuchungen funktionieren nur mit Computern und eigentlich auch mit diesen nicht mehr.

Die Datenmassen zwingen die Gedächtnisleistung selbst der rechenstärksten Computer in die Knie, erklärt Joachim Schultze.“Für jeden einzelnen Verarbeitungsschritt müssen immer wieder riesige Datenmengen in den Arbeitsspeicher geladen werden. Das dauert unglaublich lange.“ Allein die Vorbereitung von Genomdaten für die eigentliche Analyse dauerte bis vor kurzem mehrere Tage. Inzwischen konnten Wissenschaftler diese Zeit auf 25 Minuten reduzieren. Etliche andere Analyseschritte brauchen aber immer noch Stunden. Eine ganze Analyse vielleicht Tage. Manche Fragen, die Alzheimerforscher umtreiben, lassen sich deshalb mit den derzeitigen Rechnern gar nicht beantworten.

Die neue Computerarchitektur, die HPE für “the Machine“ entwickelt hat, könnte hier einen großen Schritt nach vorne bedeuten. Anders als es bisher der Fall ist, steht bei der Neuentwicklung der Arbeitsspeicher im Zentrum des Geschehens. Ein Ansatz, der als “Memory Driven Computing“ bezeichnet wird. Große Datenmengen können damit schneller verarbeitet werden.

Die Voraussetzung dafür ist allerdings, dass alle Algorithmen an die neue Rechnerarchitektur angepasst werden. Arbeit, die sich lohnt, wie ein erster Testlauf im Anschluss an die “Discover“-Konferenz zeigte. Mit der neuen Datenverarbeitungsstruktur gelang es dem Team von DZNE und HP-Labs, die Vorverarbeitungszeit von25 Minuten auf 39 Sekunden zu drücken. Und das mit einem mindestens 40-Prozent geringeren Energieverbrauch. So sparen die Wissenschaftler nicht nur Zeit, sondern auch Kosten. “Unglaublich, wenn man daran denkt, was wir dann erst bei Prozessen erreichen können, die weniger optimiert sind“, freut sich Joachim Schultze.

Auch auf Seiten der Computerexperten befeuern diese Ergebnisse den Enthusiasmus. Und das nicht nur, weil sich darin die Überlegenheit des neuen Architekturansatzes zeigt. “Wir haben ein Beispiel geschaffen, wie Informationstechnologie zur Lösung eines gesellschaftlich hoch relevanten Problems, nämlich Alzheimer, beitragen kann. Und das hat vielen sehr imponiert. Da kamen nach der Konferenz schon einige auf uns zu und meinten: ‚Toll – das war uns nicht klar. Da haben wir was gelernt‘.“

Für das kommende Jahr planen die Kooperationspartner, weitere Bausteine, die zur Genomanalyse gebraucht werden, um auf “Memory Driven Computing“ umzustellen. Anschließend soll die Verarbeitung von anatomischen Daten aus der Bildgebung angegangen werden. Wenn alles gut geht, bedeutet das kurzfristig deutlich weniger Kaffee-Pausen für die Wissenschaftler. Langfristig könnte ihnen der ganz große Wurf gelingen - Alzheimer zu diagnostizieren, bevor die Symptome offensichtlich werden. Vielleicht sogar zu verstehen, was die Ursachen der Krankheit sind. Für die Entwicklung erfolgreicher Therapien würde das große Hoffnung bedeuten.    

"Discover"-Konferenz in Las Vegas

02.08.2017, Anneke Meyer
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