KI Camp Winterferien: KI Anwendungen in der Medizin

Über 60 Schülerinnen und Schüler haben in den Weihnachtsferien über Künstliche Intelligenz und ihre Anwendungen in der Medizin gelernt.

Gibt es eine bessere Beschäftigung für die Winterferien, als gemeinsam mit anderen Schülerinnen und Schülern aus ganz Deutschland in das Forschungsfeld der Künstlichen Intelligenz und seine vielfältigen Anwendungen in der Medizin einzutauchen?

Während die meisten Schulen weiter geschlossen bleiben, konnten wir am 2. und 3. Januar mit unserem KI Camp in die nächste Runde gehen. Nach der erfolgreichen ersten Durchführung des mehrtägigen digitalen Kurses im Sommer konnten wir noch mehr Schülerinnen und Schülern einen Einstieg in die Künstliche Intelligenz bieten. In vier parallelen Kursen lernten insgesamt über 60 Schülerinnen und Schüler die Grundlagen und Geschichte von KI, wie diese praktisch angewendet werden kann und welche ethischen Auswirkungen sie hat.

Video zur Geschichte der Künstlichen Intelligenz von der Plattform Lernende Systeme (acatech) - von Turings Imitations-Test zu autonomen Fahren und digitalen Assistenten.

In der aktuellen Pandemie-Situation haben wir unser Modul zum Thema “KI und Medizin” gewählt, um zu zeigen, wie mittels Künstlicher Intelligenz Krankheiten diagnostiziert und behandelt werden können. Dazu gab es zunächst eine Einführung in die theoretischen Grundlagen der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens und ihre Anwendungsbereiche in der Medizin.

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des KI-Camps haben gelernt, wie Algorithmen der Künstlichen Intelligenz genutzt werden, um Muster in Bildern zu finden. Das hilft ihnen dabei, ein Anwendungsbeispiel von KI für die COVID-19 Diagnostik aus Röntgenbildern technisch zu verstehen.

Durch unseren Einsatz von interaktiven Arbeitsblättern hatten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer keine Probleme, selbstständig einfache KI Algorithmen anzuwenden und auszuprobieren. Dabei haben sie aufbauend auf der Schulmathematik der Mittelstufe gelernt, wie mit Maschinellem Lernen und geeigneten Datensätzen erkannt werden kann, ob ein Brustkrebs-Tumor bösartig oder gutartig ist, und wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe von sogenannten Faltungsnetzen (englisch: convolutional neural networks) versuchen, aus Röntgenbildern zu erkennen, ob ein Patient mit COVID-19 infiziert ist.

Mit einem interaktiven Arbeitsblatt lernen die Schülerinnen und Schüler, wie ein lineares Modell trainiert werden kann, um bösartige von gutartige Brustkrebs-Tumore zu unterscheiden.

Besonders viel Spaß hatten die Schülerinnen und Schüler bei der Entwicklung eines eigenen KI Systems: Auf Basis eines Kamerabildes sollte dieses zuverlässig erkennen können, ob eine Person eine Maske trägt und diese korrekt aufgesetzt hat.

Sogar ein eigenes KI-System haben unsere jungen Teilnehmerinnen und Teilnehmer entwickelt. Hier zum Beispiel ein intelligentes Kamerasystem für den Infektionsschutz, das erkennt, ob Personen eine Maske tragen, keine Maske tragen, oder ihre Maske falsch tragen und entsprechend Rückmeldung gibt.

Wie bei allen unseren Kursen ging es aber nicht nur um die technische Lösung des Problems, sondern auch darum, anhand eines konkreten, selbstentwickelten KI-Systems bei den Schülerinnen und Schülern ein Bewusstsein dafür zu schaffen, dass KI-Systeme auch nach ethischen Aspekten gestaltet werden müssen.

Wenn das autonome KI-System beispielsweise bei einem Maskenträger fälschlicherweise anzeigt, dass dieser keine Maske trägt und der Person deshalb keinen Zutritt zu einer Veranstaltung erlaubt, stellt sich die Frage nach der menschlichen Verantwortung. Menschen sollten solchen KI-Systemen niemals ohnmächtig ausgeliefert sein, sondern es sollte immer die Möglichkeit geben, Verantwortliche hinzuzuziehen, um die Entscheidung des Systems zu überprüfen und gegebenenfalls zu überschreiben. Weitere ethische Herausforderungen solcher Systeme sind beispielsweise Diskriminierung und Sicherheit. Gleichzeitig haben wir aber auch die ethischen Chancen von KI-Technologien hervorgehoben. Viele der KI-Anwendungen in der Medizin haben beispielsweise ein großes Potential, die Werte der Gesundheit und Selbstständigkeit von Patientinnen und Patienten zu befördern.

Die Erkenntnis der Möglichkeit und Notwendigkeit von ethischer und verantwortlicher Entwicklung und Nutzung von KI-Systemen haben wir in einem Block über Technikethik vertieft. Dort haben die Schülerinnen und Schüler gelernt, wertebasiert über positive und negative Implikationen für unterschiedliche Akteure zu reflektieren und zu diskutieren.

Gemeinsam tragen die Schülerinnen und Schüler mehrere Dutzend Werte zusammen, die ihnen in ihrem Leben wichtig sind, und die bei der Entwicklung und Nutzung von KI-Technologien beachtet werden sollen - von Sicherheit und Freiheit bis zu Respekt, Frieden und Gesundheit.

Wir waren enorm beeindruckt davon, wie aktiv, kreativ und intelligent sich unsere jungen Teilnehmerinnen und Teilnehmer in die ethische Diskussion von KI-Technologien eingebracht haben. Eine Gruppe von Schülerinnen und Schülern hatte beispielsweise innerhalb von kürzester Zeit eine Liste von über 30 Werten zusammengetragen, welche ihnen in ihrem Leben wichtig sind und von KI-Technologien befördert und nicht gefährdet werden sollten.

Abschließend wurde in Kleingruppen kontrovers darüber diskutiert, ob beispielsweise KI-getriebene Chatbots eine Alternative zu Psychologen sein können, ob und wie soziale Pflegeroboter eingesetzt werden sollten, und wie Exoskelette und Gehirn-Computer Schnittstellen für Menschen mit motorischen Behinderungen verantwortungsvoll entwickelt werden können.

Abschließend haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer das Gelernte in einer Gruppenarbeit angewendet, in der sie verschiedene KI-Anwendungen in der Medizin sowohl technisch als auch ethisch analysiert haben.

Durch das digitale Format konnten wir unser Teilnehmerfeld auf ganz Deutschland ausweiten. Der Ansatz mit zwei Kursleitern und maximal 15 Teilnehmerinnen und Teilnehmern pro Kurs scheint sich auszuzahlen, denn 98% der Teilnehmer waren am Ende überzeugt, jemandem grundlegend erklären zu können, was Künstliche Intelligenz ist und über deren ethischen Implikationen mitdiskutieren zu können.

Justin, Jasper und Marius mit einigen Teilnehmer:innen ihres Kurses