Heidelberger Forschende entwickeln Frühwarnsystem gegen Vogelgrippe – dank KI und Klimadaten

Wie beeinflussen Klima und Umwelt die Ausbreitung der Vogelgrippe? Ein Forschungsteam der Universität Heidelberg nutzt Maschinelles Lernen, um regionale Ausbrüche der Tierseuche in Europa vorherzusagen – mit einer beeindruckenden Genauigkeit von bis zu 94 Prozent.

Mit Maschinellem Lernen Ausbrüche der Vogelgrippe in Europa vorhersagen

Wie lassen sich Ausbrüche der Vogelgrippe in Europa frühzeitig erkennen und verhindern? Ein Forschungsteam der Universität Heidelberg hat ein Modell entwickelt, das mithilfe von Maschinellem Lernen regionale Ausbrüche der hochpathogenen aviären Influenza (HPAI) mit hoher Genauigkeit vorhersagen kann. Unter Leitung des Epidemiologen, Mathematikers und Statistikers Prof. Dr. Joacim Rocklöv analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie lokale Umwelt- und Klimafaktoren mit dem Auftreten der Tierseuche zusammenhängen.

Welche Faktoren beeinflussen die Entstehung der Vogelgrippe?

Die Heidelberger Forschenden identifizierten mehrere lokale Indikatoren, die maßgeblich zur Einschätzung des Infektionsrisikos beitragen:

• Temperatur- und Niederschlagsverläufe
• Vegetations- und Wasserstände
• Dichte der Geflügelhaltung
• Vorkommende Wildvogelarten

Diese Faktoren wirken je nach Region und Jahreszeit unterschiedlich stark zusammen. Durch ihre Kombination konnte das Forschungsteam Ausbruchsmuster mit einer Genauigkeit von bis zu 94 Prozent modellieren. Grundlage dafür waren historische Daten zu Vogelgrippe-Ausbrüchen zwischen 2006 und 2021 in Europa.

Wie arbeitet das Heidelberger Vorhersagemodell zur Vogelgrippe?

Das am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen und am Heidelberger Institut für Global Health entwickelte Modell nutzt Verfahren des Maschinellen Lernens, um Zusammenhänge zwischen klimatischen Bedingungen, Tierdichte und Ausbruchsrisiken zu erkennen.

„Die Kombination unseres Modellierungsansatzes mit einer gezielten Datenerhebung kann dazu beitragen, Hochrisikogebiete und besonders gefährdete Jahreszeiten genauer zu identifizieren“, erklärt Prof. Rocklöv. Ziel sei es, die gewonnenen Erkenntnisse künftig in Überwachungsprogramme und Präventionsstrategien zu integrieren. So könnten Gesundheits- und Veterinärbehörden in Europa Ausbrüche früher erkennen und gezielter vorbeugen.

Die Forschungsarbeiten wurden von der Alexander von Humboldt-Stiftung sowie der Europäischen Union im Rahmen des Förderprogramms „Horizon Europe“ unterstützt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht worden.

Kann das Modell auch aktuelle Vogelgrippe-Ausbrüche vorhersagen?

Vor dem Hintergrund der aktuellen Vogelgrippefälle in Deutschland haben wir uns die Frage gestellt, ob das Heidelberger Modell konkrete Prognosen für gegenwärtige Ereignisse liefern kann und uns an das Interdisziplinäre Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg gewandt.

„Das entwickelte Modell hat nur begrenzte Möglichkeiten, Vorhersagen über aktuelle Ausbrüche zu treffen. Es liefert vielmehr Erkenntnisse über mögliche Klima- und Wettervariablen, die Ausbrüche begünstigen, sowie über geografische Regionen, in denen diese wahrscheinlich sind“, lautet die Antwort von den Heidelberger Wissenschaftlern. 

Demnach dient das Modell vor allem der Identifikation langfristiger Muster und weniger der tagesaktuellen Prognose. Dennoch zeigt sich eine interessante Übereinstimmung: Das Modell sagt voraus, dass die Temperaturen im zweiten und dritten Quartal eines Jahres die wichtigsten Indikatoren für Ausbrüche sind. Das deckt sich mit den aktuellen Geschehnissen, weshalb dieser Faktor besonders aufmerksam beobachtet werden sollte.

Was bedeuten die Forschungsergebnisse für die Geflügelhaltung?

Durch die Kombination von Umweltdaten, Tierbestandsinformationen und maschinellem Lernen lassen sich künftig präzisere Risikokarten erstellen.

Langfristig sollen die Ansätze der Heidelberger Forscher helfen, Überwachungs- und Präventionssysteme europaweit zu verbessern – und so den Ausbruch und die Verbreitung der Vogelgrippe frühzeitig einzudämmen.