Hightech-Pflaster liest menschliche Emotionen

Es kann irreführend sein, sich nur auf Gesichtsausdrücke zu verlassen, um Emotionen zu verstehen. Viele Menschen zeigen sich tapfer, sind es aber nicht. Damit medizinisches Fachpersonal besser zwischen gespielten und echten Gefühlen unterscheiden kann, hat ein Team von Forschenden einen Aufkleber entwickelt. Der dehnbare und wiederaufladbare Sticker befindet sich zwar noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase. Doch künftig soll er anhand von Körpersignalen messen, was wirklich in dem Menschen vorgeht.

Denn wer seine Emotionen zu lange aufstaut, riskiert gesundheitliche Folgen. Die Technologie soll Menschen helfen, die mit Problemen psychischer Gesundheit zu kämpfen haben, sich dies selbst oder anderen aber nicht eingestehen. Indem der Sticker bestimmte Signale verfolgt, soll er Probleme wie Angstzustände oder Depressionen frühzeitiger erkennen. So das Ziel der Entwicklung um den Hauptautor Huanyu Cheng, Außerordentlicher Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Pennsylvania State University.

Das intelligente Pflaster bietet einen weiteren Vorteil. Es überbrückt kulturelle oder soziale Unterschiede. Viele Menschen äußern ihre Emotionen gegenüber Heilberuflern eher stoisch, andere hingegen sehr ausdrucksstark, wie Cheng hervorhob.

Konkret erfasst das Pflaster verschiedene physiologische Reaktionen, die mit diversen Gefühlslagen in Verbindung stehen, wie etwa Hauttemperatur, Feuchtigkeit, Herzfrequenz sowie Sauerstoffgehalt des Bluts. Jeder Sensor arbeitet unabhängig, sodass die Messungen sich nicht gegenseitig beeinflussen können. Zum Einsatz kommen im Pflaster außerdem flexible Metalle wie Platin und Gold, die in Wellenform verarbeitet sind. Ziel war es sicherzustellen, dass die Empfindlichkeit der Sensorik erhalten bleibt, selbst wenn das Material verdreht oder gezogen wird.

Außerdem verwendeten die Forschenden Materialschichten, die den elektrischen Strom je nach Temperatur anders leiten. Auch bauten sie in den Aufkleber hohle Röhren aus Kohlenstoffatomen ein, die Wasser absorbieren und den Feuchtigkeitsgehalt messen. Die aufgezeichneten Informationen überträgt der Aufkleber dann drahtlos an mobile Endgeräte beziehungsweise an eine Cloud.

Das Autorenteam trainierte für die Untersuchung zunächst ein Modell auf Basis künstlicher Intelligenz (KI), das Anzeichen von gespielten und echten menschlichen Emotionen lesen und verstehen sollte. Anschließend zeigten echte Menschen sechs gängige Gesichtsausdrücke: Freude, Überraschung, Angst, Traurigkeit, Wut und Ekel. Und auch diese Informationen speisten die Forschenden in das lernende System ein. Später klassifizierte das Pflaster bei weiteren Testpersonen die ausgeführten Gesichtsausdrücke mit einer Genauigkeit von mehr als 96 Prozent.

Als es darum ging, echte Emotionen zu erkennen, verfolgten Cheng und seine Kollegen die Reaktionen von Menschen, während diese sich einen Videoclip ansahen, der jeweils bestimmte Gefühle hervorrufen sollte. Die Trefferquote des Pflasters für die angezeigte Reaktion lag nun bei knapp 89 Prozent. Die Messung der Sensoren bestätigte bekannte Zusammenhänge zwischen Reaktion und Emotionen, wie der Anstieg der Hauttemperatur und der Herzfrequenz bei Überraschung beziehungsweise Ärger.

Generell kombiniert die Analyse die physiologischen Signale mit Daten zum Gesichtsausdruck, um besser zwischen echten und vorgetäuschten Emotionen unterscheiden zu können. Da der Sticker die Daten drahtlos überträgt, können Ärztinnen und Ärzte betroffene Patientinnen und Patienten aus der Ferne leichter überwachen und ihnen bei Bedarf rechtzeitig emotionale Unterstützung per Telemedizin anbieten. Ziel des neuen Aufklebers soll ebenfalls sein, in Zukunft Versorgungslücken zu schließen.

Die Forschenden verstehen ihre Entwicklung zudem als Türöffner für weitere Formen der Krankheitsdiagnostik und -therapie, unter anderem um verhaltensbedingte und psychologische Symptome von Demenz besser zu verstehen oder eine Opioid-Überdosis zu erkennen. Womöglich gelinge es dieser Technologie in absehbarer Zeit, chronische Wunden oder den Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen zu überwachen – so die Hoffnung.