Lösung für Datenschutz gefunden: COVID-19-Forschung mit dezentraler KI-Plattform

Seit bald drei Jahren hat sich unser Alltag durch COVID-19 drastisch verändert. Trotz umfangreicher Forschungsbemühungen ist allerdings noch immer unklar, warum manche Menschen erkranken und manche nicht oder warum der Verlauf bei ähnlichen gesundheitlichen Voraussetzungen sehr unterschiedlich sein kann. Auch das Thema Immunität wirft weiterhin Fragen auf: Wie kann sie erreicht werden – sei es durch Impfstoffe oder eine Genesung? Wie hoch ist sie dann und wie lange hält sie an? „In Deutschland laufen derzeit zahlreiche intensive Untersuchungen zur Erforschung der SARS-CoV-2-Immunität, z. B. im Projekt COVIM – Bestimmung und Nutzung von SARS-CoV-2 Immunität, an dem alle 36 Universitätskliniken Deutschlands mitarbeiten. Die Zusammenarbeit zwischen diesen Forschungseinrichtungen wird aber durch Datenschutz-Vorgaben und ethische Richtlinien eingeschränkt“, erklärt Dr. Henning Dickten, Head of Consulting Pharma & Life Science bei Comma Soft, und erläutert: „Die im Rahmen der Forschung erhobenen klinischen Daten dürfen nicht einfach mit anderen Einrichtungen geteilt werden. Das schränkt das Zustandekommen valider, datenbasierter Ergebnisse natürlich stark ein. Mit dem ImmunoHub stellen wir der Forschung eine Plattform bereit, auf der eine datenschutzkonforme Zusammenarbeit möglich wird.“

Dezentrale Infrastruktur erfüllt Anforderungen an KI und Datenschutz

Wichtig für valide Forschungsergebnisse ist, dass alle teilnehmenden Partner gleichberechtigt Forschungsdaten einfließen lassen, auswerten und nutzen können. Bisher war das allerdings nicht nur aus regulatorischer Sicht problematisch, es fehlte auch die technische Infrastruktur. Das Verarbeiten und Teilen großer Datenmengen war so schlichtweg nicht möglich. Der ImmunoHub bewältigt diese Herausforderungen: Zum einen stellt die Plattform eine dezentrale Infrastruktur bereit, welche eine hohe Skalierbarkeit und Performanz bezüglich der anfallenden Datenmenge erlaubt. Damit können Forscher:innen flexibel und unterbrechungsfrei arbeiten. Gleichzeitig ist diese Infrastruktur die Voraussetzung dafür, dass die für die Auswertung benötigte KI-Methode einwandfrei läuft. Hierbei handelt es sich um „Swarm Learning“, eine neue KI-Methode, die das Team um Prof. Joachim Schultze vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn zusammen mit Hewlett Packard Enterprise (HPE) entwickelt und vor Kurzem im Fachjournal Nature veröffentlicht hat. Das Besondere dieser Federated Learning-Technologie ist, dass lediglich die aus den Daten abgeleiteten Ergebnisse mit Forschungspartnern geteilt werden – sicher verschlüsselt via Blockchain. Die Daten selbst verbleiben in den jeweiligen Einrichtungen. Dies reduziert den Informationstransfer zusätzlich, was wiederum die Performance steigert.

Die geteilten Ergebnisse stehen dann allen Beteiligten zur weiteren Forschung zur Verfügung. Diese Ergebnisse trainieren gemeinsam das Swarm Learning-Modell in mehreren Lernrunden, sodass die Qualität der Forschungsergebnisse zunehmend steigt. „Bei der Entwicklung des ImmunoHub haben wir uns eng mit der Arbeitsgruppe um Prof. Schultze und HPE abgestimmt, damit die Plattform alle Anforderungen für den operativen Betrieb erfüllt: Sie muss für die Datenanalyse stabil und sicher laufen, die technischen und regulatorischen Anforderungen an das Verarbeiten, Aufbewahren und Teilen der Daten erfüllen und zudem den gesamten Prozess von der Zusammenarbeit bis zur Veröffentlichung der Forschungsergebnisse digital abbilden und optimal unterstützen“, sagt Dr. Henning Dickten und fasst zusammen: „Mit diesen Eigenschaften ist die ImmunoHub-Plattform weltweit einmalig. Sie ist die Basis für eine effektive Zusammenarbeit der Forscher:innen auf internationaler Ebene und kann über das Projekt hinaus für die weitere Forschung genutzt werden: von COVID-19 über weitere Immunerkrankungen bis hin zu zahlreichen allgemeinen klinischen Studien.“

Vielseitiges Plattform-Framework für die Forschung

Die von Comma Soft entwickelte Plattform-Technologie, auf der der ImmunoHub basiert, kommt bereits in zahlreichen anderen Forschungsbereichen zum Einsatz.

„In der Einzelzellgenomik nutzen Forscher:innen z. B. die darauf basierende Kollaborationsplattform FASTGenomics. Diese ermöglicht das Datenmanagement und eine reproduzierbare Analytik, wie sie u. a. im Rahmen des Forschungsprojekts Human Cell Atlas verwendet werden, um alle menschlichen Zellen genetisch zu kartieren“, erläutert Ralf Karle, Lead Architect der Plattform-Technologie und Principal Specialist Cloud Development bei Comma Soft, und ergänzt: „Im Bereich der Umweltwissenschaften findet die Technologie in Form der Plattform FastResearch  ebenfalls Anwendung. Mit ihr werden u. a. die Verbreitung von Mikroplastik analysiert und entsprechende Forschungsergebnisse veröffentlicht.“

Sie stehen vor Ihrem nächsten Forschungsprojekt und suchen nach Möglichkeiten, Ergebnisse sicher und effizient zu analysieren sowie zu teilen und zu publizieren? Tauschen Sie sich gerne mit Dr. Henning Dickten und seinen Kolleg:innen über Ihre Herausforderungen aus und diskutieren Sie die Einsatzmöglichkeiten des Plattform-Frameworks für Ihren Forschungsfall. Hier können Sie Kontakt aufnehmen.