Hauskatzen sind geheimnisvolle Tiere. Im Gegensatz zu Hunden sind sie Meister darin, ihre Gefühle und Absichten zu verbergen – möglicherweise wegen ihrer evolutionären Geschichte als einsame Jäger. Das macht es Katzenbesitzern und Tierärzten schwer, Anzeichen von Schmerz in der Mimik und im Verhalten zu erkennen. Neue KI-gestützte Computerprogramme könnten jedoch dabei helfen, einen Blick hinter das Pokerface von Katzen zu werfen.

Ein Team von Fachleuten aus der KI und Tiermedizin hat zwei Algorithmen entwickelt, die anhand der Mimik von Katzen beurteilen, ob die Tiere gerade Schmerzen empfinden. Die im Fachjournal »Scientific Reports« vorgestellten KI-Programme konnten in bis zu 77 Prozent der Fälle die Gesichtsausdrücke der Stubentiger richtig einschätzen.

Die Forscherinnen und Forscher planen nun, eine mobile App zu entwickeln, mit der sowohl Tierärzte als auch Katzenbesitzer ein Tier fotografieren können, um Schmerzen automatisiert zu detektieren, sagt die Informatikerin Anna Zamansky von der israelischen Universität Haifa und Koautorin der Studie. Obwohl andere Anbieter bereits versucht haben, die Geheimnisse der Katzenemotionen zu entschlüsseln (eine App namens »Tably«, die 2021 auf den Markt gebracht wurde, behauptet ebenfalls, dies zu können), sind die aktuell veröffentlichten KI-Programme laut Zamansky die ersten, die eine von Experten begutachtete wissenschaftliche Untersuchung dazu veröffentlicht.

Um zu beurteilen, ob Katzen unter Schmerzen leiden, greifen Tierärzte derzeit auf komplexe Tests wie den Glasgow Composite Measure Pain Scale (kurz: CMPS) zurück, bei denen sie die Mimik und das Verhalten eines Tiers genau untersuchen müssen. Obwohl diese Skalen wissenschaftlich anerkannt sind, beruhen sie auf der subjektiven Einschätzung des Tierarztes und sind sehr zeitaufwändig. Deswegen werden die Tests kaum durchgeführt, sagt der Verhaltensforscher Stephane Bleuer, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt war.

»Wir glauben, dass Maschinen bessere Ergebnisse erzielen«, sagt Zamansky. »Die KI kann mehr sehen als das bloße menschliche Auge, weil sie empfindlich auf subtile Details reagiert.«

84 verschiedene Katzen-Models vor der Kamera

Um ihre KI-Programme zu entwickeln, benötigten die Forschenden zunächst Daten. In der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover wurden 84 Katzen verschiedener Rassen und Altersgruppen mit unterschiedlicher medizinischer Vorgeschichte im Rahmen einer Standardbehandlung fotografiert. Die dort beschäftigten Veterinäre hatten die Tiere nach der Glasgow-Skala und ihrem medizinischen Zustand (etwa mit Knochenbrüchen oder Harnwegsproblemen) bewertet. Mit diesen Messungen konnten die Fachleute die KI-Modelle trainieren und testen. Wie das Forschungsteam betont, mussten die Katzen für diese Untersuchung nicht leiden.

Die Forscher und Forscherinnen entwickelten zwei Algorithmen, die anhand von Porträts die Schmerzen eines Tiers ablesen. Das erste KI-Programm fokussierte sich auf das Ausmaß der Kontraktion der Gesichtsmuskulatur (ein üblicher Schmerzindikator) an 48 verschiedenen Punkten im Ohren-, Augen- und Maulbereich. Das andere KI-System nutzt Deep-Learning-Methoden, um das gesamte Gesicht eines Tiers auf Muskelkontraktionen und andere Muster hin zu analysieren.

Der erste, merkmalgestützte KI-Ansatz konnte in 77 Prozent aller Fälle richtig erkennen, ob eine Katze Schmerzen hatte. Der zweite Ansatz wies eine Trefferquote von nur 65 Prozent auf. Den Fachleuten zufolge könnte sich dieser Unterschied darauf zurückführen lassen, dass Deep-Learning-Systeme »datenhungrig« sind; für die Studie stand jedoch nur ein relativ kleiner Datensatz zur Verfügung.

Die Schnauze ist der Schüssel

Die Forschenden fanden heraus, dass die Schnauze – und nicht die Ohren oder Augen – das wichtigste Merkmal für die Schmerzerkennung darstellen, sagt Koautor Sebastian Meller, Tierarzt an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover. »Das hatten wir nicht erwartet«, sagt Meller.

Es ist jedoch wichtig, zwischen Gesichtsausdrücken und Emotionen zu unterscheiden, warnt der Psychologe Dennis Küster, der nicht an der Studie beteiligt war. Tests mit Menschen haben gezeigt, dass KI-Systeme Muster in Gesichtern erkennen, aber nicht unbedingt die Bedeutung dahinter, erklärt er. Außerdem müsse ein Gesichtsausdruck nicht immer mit einer bestimmten Emotion verbunden sein. »Das beste Beispiel ist das soziale Lächeln. Es kann sein, dass ich jetzt lächle, aber vielleicht will ich nur freundlich sein und andeuten: ›Ja, lasst uns mit dem Interview weitermachen‹«, sagt Küster. »Bestimmte Dinge drücken wir automatisch aus. Sie bedeuten nicht unbedingt, dass wir vor Glück überfließen.« Dennoch gibt es Situationen, in denen KI-Programme Emotionen hervorragend erkennen, fügt er hinzu.

Katzen und andere Tiere können ihre Gedanken und Gefühle nicht verbal ausdrücken, weshalb es wichtig ist, die Kommunikationsbarrieren mit technischen Mitteln zu überwinden, sagt Brittany Florkiewicz, Assistenzprofessorin für Psychologie am Lyon College in Arkansas, die nicht an der Studie beteiligt war. KI-Programme sind nur so gut wie die Daten, mit denen sie gefüttert wurden, merkt sie an. Wenn man sicherstelle, dass der Datensatz groß und vielfältig ist sowie kontextbezogene Informationen enthält, werde das Ergebnis genauer.

Florkiewicz fand im November 2023 heraus, dass Katzen 276 Gesichtsausdrücke haben können. Sie plant, in Zukunft mit Zamanskys Team zusammenzuarbeiten, um tiefere Einblicke in das Gefühlsleben von Katzen zu gewinnen. Zamansky möchte ihre Forschung zudem auf andere Tierarten einschließlich Hunden ausdehnen und untersuchen, ob automatisierte Systeme den Schmerz von Katzen mittels Videoaufnahmen beurteilen können.

Wenn eine Katze erst einmal offensichtliche Anzeichen von Schmerzen zeigt, leidet sie wahrscheinlich schon längere Zeit. Eine Schmerz-App könnte es ermöglichen, die Probleme schneller zu erkennen, sagt Bleuer. »Wenn man das Wohlergehen von Haustieren steigert, verbessert man auch das Wohlergehen von Menschen«, sagt er. »Sie sind wie eine Familie.«

»Bevor wir mit dieser Arbeit begannen, war ich ein absoluter Hundemensch – aber jetzt möchte ich eine Katze haben«Anna Zamansky, Informatikerin

Mit der aktuellen Studie haben sich die Fachleute der Überwindung von Kommunikationsbarrieren zwischen Mensch und Tier gewidmet. Zamansky weist darauf hin, dass sie und ihr Team dafür zunächst menschliche Kommunikationsprobleme überwinden mussten: Die internationalen Teammitglieder sprechen verschiedene Sprachen, leben in verschiedenen Ländern und arbeiten in unterschiedlichen Disziplinen. Sie sind KI-Fachleute, Tierärzte, Ingenieurinnen und Biologen. Ihre Bemühungen zielen letztlich darauf ab, gleich mehreren Lebewesen zu helfen: Katzen, Tierärzten und Tierhaltern.

Diese Bemühungen haben zumindest das Leben einer Forscherin stark beeinflusst. »Bevor wir mit dieser Arbeit begannen, war ich ein absoluter Hundemensch – aber jetzt möchte ich eine Katze haben«, sagt Zamansky. »Ich glaube, ich habe mich ein bisschen in Katzen verliebt.«