Lebende Organismen weisen eine Vielzahl von Rhythmen in ihren Körperfunktionen auf. Ein Beispiel ist der komplexe Rhythmus der Reizausbreitung im Herzen, den das Elektro-Kardiogramm (EKG) darstellt. Ärzte können daran den Gesundheitszustand des Herzens ablesen. Doch Versuche, ein allgemeines objektives Maß zur Unterscheidung zwischen gesunden und kranken Rhythmen zu finden, waren bisher nicht sehr erfolgreich. Ary Goldberger und seine Kollegen von der Harvard Medical School in Boston schlagen jetzt solch ein Maß vor, wie das Fachmagazin Nature in seiner Online-Ausgabe meldet. Die Forscher präsentieren ihre Arbeit in den Physical Review Letters (Bd. 89, Nr. 6, 068102).
Die umfangreichen chemischen und neurologischen Rückkopplungsprozesse, die Organismen zur Kontrolle und Anpassung ihrer Körperfunktionen nutzen, weisen eine chaotische Komplexität auf. Diese Komplexität kann man grundsätzlich messen. Aber: Krankhafte Prozesse wie beispielsweise ein Herzanfall haben ein gleichermaßen komplexes Rhythmusmuster.
Ein Maß zur Unterscheidung eines komplexen Signals von einem sehr einfachen Signal ist die Entropie. Ein komplexes Signal hat eine hohe Entropie, ein einfaches Signal eine geringe. Doch sowohl gesunde und kranke komplexe Strukturen als auch das zufällige Hintergrundrauschen erhöhen die Entropie eines Signals.
Goldberger und seine Kollegen gehen nun davon aus, dass biologische Rhythmen Regelmäßigkeiten über verschiedene Zeitskalen aufweisen. Statt einem biologischen Signal einen einzigen Entropiewert zuzuweisen, entwickelten sie einen mathematischen Formalismus, der das Signal über verschiedene Zeitskalen betrachtet und jeder Zeitskala einen eigenen Entropiewert zuweist. Die daraus resultierende Funktion erlaubt ? so fanden die Forscher ? eine Unterscheidung zwischen kranken, gesunden und zufälligen Signalen.
Die Wissenschaftler testeten ihr Verfahren an Herzpatienten. Ein Teil dieser Patienten litt an Vorhofflimmern, der andere Teil an einer Stauungsinsuffizienz des Herzens. Mit ihrem Verfahren konnten die Bostoner Forscher die Herzpatienten von Gesunden und darüber hinaus die beiden Patientengruppen voneinander unterscheiden. Bei einem weiteren Test stellte sich heraus, dass ihr Maß Personen auch nach ihrem Alter unterscheidet.
Axel Tillemans
