KI und COVID

Erklärbarkeit und Entscheidungsunterstützung

durch KI in Pandemie-Situationen

Motivation & Info

Programm

Keynote

Abschlussveranstaltung
„KI und COVID: Erklärbarkeit und Entscheidungsunterstützung durch KI in Pandemie-Situationen“

Auch wenn die SARS-CoV-2-Pandemie zurückgeht, bleibt die datenbasierte und KI-gestützte Forschung zur Wirksamkeit globaler und regionaler Maßnahmen und Handlungsstrategien zur Bekämpfung von Pandemien wichtig. Die Fortschritte in der Digitalisierung bieten ein breit gefächertes Portfolio an datengetriebenen Unterstützungsmethoden und -werkzeugen bei der Auswahl und Steuerung geeigneter Maßnahmen zur Eindämmung einer Pandemie. Anwendungen der Künstlichen Intelligenz (KI), insbesondere des maschinellen Lernens und von Deep Learning, haben sich in verschiedenen Kontexten der Epidemiologie und der medizinischen Bildgebung als vielversprechende Ansätze auch bei der Bekämpfung der SARS-CoV-2-Pandemie erwiesen.

Das Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit (MWG) des Landes Rheinland-Pfalz förderte das Projekt „KI und COVID: Erklärbarkeit und Entscheidungsunterstützung durch KI in Pandemie-Situationen“ (KI&COVID) an der Universität Koblenz. KI&COVID hatte zum Ziel, innovative KI-basierte Technologien und Datenanalyseverfahren zu erforschen und zu einem KI-basierten Expertensystem zu aggregieren, um relevante Akteure und Entscheidungsträger bei pandemiebedingten Herausforderungen – wie z.B. zur Verringerung des COVID-19 Infektionsrisikos in der Bevölkerung – zu unterstützen.

Die Forschenden aus dem Fachbereich 3: Mathematik und Naturwissenschaften und dem Fachbereich 4: Informatik haben mittels verschiedener datengetriebener und KI-basierter Ansätze unterschiedliche Maßnahmen und Handlungsempfehlungen für die Pandemiebekämpfung (sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene) untersucht und Lösungsansätze entwickelt.

Zum Projektabschluss wurden die Ergebnisse am 14. März 2024 in einer öffentlichen Abschlussveranstaltung an der Universität Koblenz vorgestellt.

Programm

14:00 Begrüßung durch die Hochschulleitung und die Projektleitung der Universität Koblenz

14:15 Keynote zur KI-basierten und datengetriebenen Analyse von Pandemiedaten, Dr. Sobhan Moazemi, Fraunhofer-Institute for Algorithms and Scientific Computing (SCAI), inkl. Diskussion, Download der Präsentationsfolien

15:00 Präsentation des „COVID und KI“ Projekts und seiner zentralen Bausteine durch die Sprecherin, Prof. Dr. Maria A. Wimmer, Download der Präsentationsfolien

15:15 Pause

15:30 Poster Session mit Ergebnispräsentationen der Arbeiten durch die Post-Docs

Dr. Shayan Ahmadian: A secure and privacy-friendly reference architecture for COVID-analytic systems, Download der Präsentationsfolien

Moritz Schäfer: Optimal control of the spread of diseases: An integro-differential model approach und SIR-model for households, Download der Präsentationsfolien

Dr. Radomir Pestow: The Impact on Well-Being of Cognitive Bias about Infectious Diseases, Download der Präsentationsfolien

Dr. Radomir Pestow, Dr. Ulf Lotzmann und weitere Beteiligte: Erkenntnisse aus der empirischen Erhebung zu COVID an der Universität Koblenz im Sommer 2023, Download der Präsentationsfolien

Dr. Ulf Lotzmann und weitere Beteiligte: From COVID data to recommendations: Examples of visualisation approaches, Download der Präsentationsfolien

Dr. Hamed Khalili, Prof. Dr. Maria A. Wimmer und Dr. Ulf Lotzmann: Analyzing European countries SARS-COV-2 policies, Download der Präsentationsfolien

17:15 Abschluss und Networking an den Postern

Keynote

Titel: KI-basierten und datengetriebenen Analyse von Pandemiedaten

Vortragender: Dr. Sobhan Moazemi, Fraunhofer-Institute for Algorithms and Scientific Computing (SCAI)

Abstract: The recent COVID-19 pandemic has highlighted the urgent need for innovative solutions to combat such global health emergencies. Artificial intelligence (AI) has emerged as a powerful tool in this fight, offering unique capabilities for analyzing vast amounts of data, identifying patterns, and making predictions that can inform critical decisions.

Our research focused on utilizing these capabilities of AI in the fight against COVID-19. We developed an AI model predicting patient mortality with high accuracy and identified dementia-related pathways involved in severe cases. We showed that molecular mechanisms related to dementia, one of the relevant predictors in our model, intersect with those associated to COVID-19. Most notably, among these molecules was tyrosine kinase 2 (TYK2), a protein that has been patented as drug target in Alzheimer’s Disease but also genetically associated with severe COVID-19 outcomes. This led us to explore existing drugs targeting these pathways, discovering potential treatments with existing anti-cancer drugs.

Furthermore, the World Health Organization (WHO) emphasized the critical need for new medications alongside vaccines to combat the COVID-19 pandemic. One promising strategy involves identifying target proteins that could be effectively disrupted by existing drugs, potentially offering rapid therapeutic options for COVID-19 patients. One possible strategy is to identify target proteins, for which a perturbation by an existing compound is likely to benefit COVID-19 patients. To this end, we created a web tool, namely, GuiltyTargets-COVID-19, to identify novel drug targets for COVID-19. This tool analyzes gene expression and protein interaction data to prioritize potential drug targets and assess their druggability, considering potential side effects of existing drugs targeting them.

Lastly, machine learning (ML) models hold promise for easing the burden on healthcare systems during pandemics such as COVID-19. They can analyze routinely collected electronic health records (EHRs) to identify patients at high risk of severe disease progression. However, EHR data presents challenges due to irregular timestamps. As another ML-based solution, we introduced ExMedBERT, utilizing transformer-based models, extending the Med-BERT model to incorporate additional patient information and improve risk prediction for COVID-19 patients. This model outperformed other models and provided insights into the risk factors.

In conclusion, these studies showcase the diverse applications of AI and ML in the fight against COVID-19, ranging from patient risk prediction and drug discovery to repurposing existing medications.

Short Bio: Dr. rer. nat. Sobhan Moazemi is Senior Biomedical Data Scienctist at the Fraunhofer-Institute for Algorithms and Scientific Computing (SCAI) AI & Data Science Group, Department of Bioinformatics in Sankt Augustin. With a background in data science and medical AI, Dr. Sobhan Moazemi joined Fraunhofer SCAI as a Senior Postdoc Biomedical Data Scientist in October 2023. His research mainly contributed to the applications of AI and ML in personalized medicine. In his current role, he is responsible for project management and conducting applied research in generative AI and synthetic health data.