Daniel Berckmans over de toekomst van bio-respons monitoring

Er is veel interesse in draagbare sensoren in de zorg. De vraag die zich nu stelt 'hoe kunnen we toegevoegde waarde creëren met deze technologie?'

MIC Vlaanderen praat met Professor Daniel Berckmans die aan de wieg stond van BioRICS en nog altijd de onderzoeksgroep M3-BIORES aan de KU Leuven leidt die gespecialiseerd is in het meten en voorspellen van biologische responses. Een voorbeeld hoe de expertise en technologie van BioRICS wordt toegepast is het meten van het stress-niveau van F1-piloten. Tijdens de oefenritten en race wordt het stressniveau in real-time gemeten aan de hand van parameters zoals hartslag, beweging, ademfrequentie, huidspanning en CO2 uitstoot. De relatie tussen stress en prestatie kan zo geanalyseerd worden en leidt tot interessante inzichten.

De F1-piloten van het GetSpeed Porsche team hebben dit seizoen voor de 24u Nurburgring race een unieke voorbereiding gekregen. Tijdens de oefenritten en tijdens de race werd hun stress-niveau in real-time gemeten aan de hand van parameters zoals hartslag, ,beweging, ademfrequentie, huidspanning en CO2 uitstoot. . De relatie tussen stress en prestatie op bepaalde stukken van de racetrack (bijvoorbeeld moeilijke bochten) kon zo in detail geanalyseerd worden. De inzichten die hieruit voortkwamen, bijvoorbeeld dat sommige stress-niveaus prestatie-bevorderend zijn terwijl andere net nefast zijn voor veiligheid en prestatie, vormen de basis van een gedetailleerd coaching programma om de stress-tolerantie van piloten tijdens races te verbeteren. Dit soort real-time stress monitoring maakt ook een onmiddellijke en situatie-gebonden interactie tussen piloot en racewagen mogelijk. Dit is slechts één recent voorbeeld hoe de expertise en technologie van BioRICS, een KU Leuven spin-off, toegepast wordt in de praktijk. We praten met Professor Daniel Berckmans die aan de wieg stond van BioRICS en nog altijd de onderzoeksgroep M3-BIORES aan de KU Leuven leidt die gespecialiseerd is in het meten en voorspellen van biologische responses.

Foto Stress Level Monitoring.png

 

 

Een korte introductie om van start te gaan. Professor, wat is de missie van jullie onderzoeksgroep? Wat is precies jullie specialisatie?

De focus van ons onderzoek is het integreren van de dynamische responses van levende organismen in het toezicht op en de controle van biologische processen. Ons doel is om continu de reacties van levende organismen op hun wisselende individuele micro-omgeving te meten en dit op een real-time basis.

Vervolgens willen we de tijd-variërende responses van levende organismen voorspellen om zo hun welzijn, gezondheid en prestaties te bewaken. Deze inzichten en technologie hebben we vervolgens toegepast op verschillende domeinen zoals de monitoring van stress-niveaus bij racing, het meten en voorspellen van slaapneigingen van autobestuurders, de fysisch monitoring van AC Milan voetbalspelers, en het ontwikkelen van voorspellende modellen voor patiënten in intensieve zorg.

Er wordt enorm veel verwacht van draagbare sensoren en technologie in de zorg. Waar staan we vandaag in dit domein?

Er heeft een duidelijke shift plaatsgevonden in de laatste maanden. Twee jaar geleden heerste er nog veel onzekerheid over de technologie zelf en of die ooit op een haalbare manier toegepast zou kunnen worden in de praktijk. Vandaag is die vraag achterhaald. De grote technologie-spelers zoals Samsung, Apple en Google komen allemaal met nieuwe “wearable devices” op de markt die het mogelijk maken om biologische responses in real-time te monitoren. Er komt een kritische massa, en dus is er vandaag veel meer interesse om na te gaan hoe we toegevoegde waarde kunnen creëren met deze technologie.

Een optimistische kijk, maar zijn er ook nog obstakels?

Jazeker. Veel van de huidige producten op de markt schieten nog te kort op verschillende vlakken. Afhankelijk van de applicatie zien we dus snel een drop off van 35 tot 45%. Ik verwijs dan naar problemen rond levensduur van de batterij en de omslachtigheid van veel van deze toestellen. Moet zo'n device wel mooi of zelfs zichtbaar zijn? We werken bijvoorbeeld met Adidas die een schoen ontwerpt met een ingebouwde sensor - ik verwacht meer van dit soort samenwerkingen. Maar er is ook het feit van de geringe impact van die metingen op het gedrag van de gebruiker: het bewust worden van je hartslag of aantal stappen is meestal niet genoeg om een gedragswijziging te stimuleren. De waarde van biologische data ligt meer in de mate dat je dingen kan voorspellen en dat je duidelijk feedback kan geven over wat en hoe je nu je gedrag moet aanpassen.  

Men heeft het over de 'meaningful interpretation' van sensor data, bijvoorbeeld aan de hand van geaggregeerde bevolkingsdata. Bedoelt u dat we in die richting moeten zoeken voor meer toegevoegde waarde?

Nee. Ik geloof niet in het Big Data verhaal waar “wearable devices” voortdurend data uitzenden naar een centrale server die dan analyses en interpretaties maakt aan de hand van bevolkings-gebaseerde analyses en vergelijkingen. Enerzijds zijn de praktische beperkingen van de batterijen nog te groot. Het voortdurend uitzenden van data vergt immers veel energie. De analyse moet dus op het device zelf gebeuren, dat verbruikt immers minder energie. En anderzijds moet de analyse op individueel niveau gebeuren. Bevolkingsstatistieken zijn niet zo relevant voor de interpretatie van individuele data; het gemiddelde van een populatie is een puur theoretisch concept waaraan in de praktijk geen enkel individu aan voldoet en dat dus weinig waarde heeft. Het heeft bijvoorbeeld weinig zin de hartslag van een voetbalspeler te vergelijken met die van het gemiddelde van de ploeg. Men moet de variatie van de individuele speler over tijd meten en daaruit conclusies trekken.

En de parameters zelf, zijn daar nog opportuniteiten om de toegevoegde waarde te verhogen?

Jazeker. Wij merken een duidelijke verschuiving van zuiver fysische parameters naar parameters die ook mentale componenten bevatten zoals stress en slaap. In vele processen zijn die meer belangrijk dan fysische parameters omdat deze mentale parameters vaker meer variatie tonen dan de fysische en daarom nauwkeuriger moeten gevolgd worden. Dit is zeker het geval in sport. De fysische conditie van een atleet varieert onder normale omstandigheden (geen letsel,…) minder snel in de tijd dan de mentale toestand. Mentale factoren liggen vaker aan de basis van de verschillen. Bij BioRICS krijgen we de laatste tijd veel meer vragen rond stress in sport. Het project met de F1-piloten is daar een mooi voorbeeld van.

Marktonderzoekers voorspellen veel groei in het medisch segment van de markt. Tot nu toe zijn wearable devices grotendeels een wellness en fitness verhaal maar naar de toekomst toe wordt veel meer verwacht van monitoring in een medische/klinische context. Bent u het daar mee eens?

Ja, maar de business modellen zijn de belangrijke uitdagingen hier. De clinici zelf moeten betrokken worden bij de oplossingen, zeker in de feedback loop. Niet alles kan geautomatiseerd worden. In feite, hoe meer parameters we gaan meten, hoe meer je een arts nodig zal hebben om die data te interpreteren. Om dit te realiseren met haalbare business modellen moet er wel iets wijzigen in de financiering en organisatie van het gezondheidssysteem zelf en dit zal tijd vergen. Business modellen blijven de belangrijkste uitdaging. Niemand weet wat de haalbare business modellen zullen zijn en daarom blijven de grote spelers voorlopig op de achtergrond staan. Ze bouwen nieuwe devices, maar laten de applicaties over aan de start-ups. De grotere spelers weten niet hoe om te gaan met het software gebeuren. Dit is weliswaar waar de waarde ligt, maar de klant betaalt niet voor de software, alleen voor de hardware.

Begrijp ik u juist dat u een ietwat cynische kijk heeft op recente ontwikkelingen in de markt; dat concepten zoals de Samsung Simband eerder getuigen van een tekort aan ambitie dan teveel ? Ik ben van mening dat concepten zoals Samsung Simband en Android Wear ook kunnen getuigen van een "platformization" trend en dus innovatie stimuleren ?

Ik ben het met u eens dat dit een zeer positieve trend is. Ik zou ook naar Intel en hun Edison microcomputer willen verwijzen. Met deze 60$ chip kan bijna iedereen nu een wearable applicatie bouwen. Deze ontwikkelingen bieden een enorm potentieel aan vernieuwing. Maar we gaan ook de mensen met kennis van de processen moeten betrekken om haalbare business modellen te ontwikkelen. Dat wordt makkelijker nu de componenten zo modulair beginnen te worden. Ik denk dat we nu terecht komen in een fase van 'application pull', in plaats van de eerder ‘technology push’ fase. We beginnen meer en meer vanuit het proces te denken, en dat is zeer positief.