Brain Computer Interface
Wissenschaftler, die die Gedanken von Versuchspersonen lesen und Patienten, die künstliche Gliedmaßen nur mit der Kraft ihrer Gedanken bewegen. Das sind nicht die Themen eines Science-Fiction-Romans, sondern darum ging es auf dem Kongress "Medical Physics and Biomedical Engineering" in München.
"Das sieht aus wie bei Daniel Düsentrieb. Das ist der Prototyp für ein EEG, was ohne Gel funktioniert. Und das setze ich Ihnen jetzt mal auf."
Mirjam Kaplow vom First, vom Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik, montiert einen Elektro-Enzephalografen am Kopf des Reporters. Das Gerät misst kleine elektrische Ströme an der Kopfhaut. First hat es so weiterentwickelt, dass seine Elektroden vor dem Experiment nicht wie früher üblich in eine zähe, klebrige Flüssigkeit getaucht werden müssen. Das hat den großen Vorteil, dass man sich nach dem Messen nicht die Haare waschen muss. Der Umgang mit dem Elektro-Enzephalografen wird so unkomplizierter. Die Ströme, die er misst, stammen von der Aktivität der Nerven, also aus dem Gehirn des Reporters. Auf einem Bildschirm werden sie angezeigt.
"Wenn Sie jetzt noch mal mit den Augen blinken, sehen Sie kleine Ausschläge auf dem Bildschirm. Das sind die elektrischen Ströme, die oben am Kopf ankommen und die wir mit diesem EEG messen können."
Auf einem anderen Bildschirm zeigt Dr. Florin Popescu, der Leiter des EEG-Projekts am First, Fotografien von Personen.
"Sie sehen fünf Gesichter. Und Sie müssen eines davon auswählen. Und jedes Mal, wenn dieses Gesicht kommt, müssen Sie es zählen."
Und dann vergleicht Dr. Popescu die Gehirnströme, die der Anblick der verschiedenen Gesichter beim Reporter ausgelöst hat. Ein Laie vermag da keine Unterschiede zu erkennen. Aber für den Experten sticht ein Stromverlauf aus allen anderen heraus.
"Wir werden jetzt sehen, welches Gesicht ein so ungewöhnliches Signal hat: Ist das das Gesicht, das Sie ausgewählt haben? – Das ist es!"
Dr. Popescu kann mit seinem EEG-Gerät die Gedanken des Reporters lesen, ein paar zumindest. Und nicht nur, wenn man jemanden wiedererkennt, fließt Strom im menschlichen Gehirn, sondern bei allem, was man tut. Wenn man beispielsweise einen Arm bewegt, entsteht zuvor ein charakteristischer elektrischer Impuls. Wissenschaftler am First haben einige dieser Impulse entschlüsselt und mit diesem Wissen ein Computerspiel entwickelt, bei dem man nur mit der Kraft seiner Gedanken und einer EEG-Kappe einen Cursor auf einen Bildschirm bewegen kann.
Für anspruchsvollere Aufgaben allerdings implantieren Wissenschaftler mittlerweile Elektroden unter der Schädeldecke, meist bei Tieren, aber auch schon bei Menschen. Man muss sich das vorstellen wie kleine Nägel, die da im Gehirn stecken und elektrische Signale nach außen ableiten. Dr. Patrick Ruther von der Abteilung für Mikrosysteme der Universität Freiburg entwickelt solche implantierbaren Elektroden.
"Ich würde mal sagen, das Faszinierende am Gehirn selber ist seine Flexibilität. Das Gehirn toleriert diese Nägel und regeneriert sich nach dem Implantieren dieser Elektroden-Arrays. Natürlich kommt es zu einer Zerstörung von Gewebe. Aber man kann mit diesen Systemen zuverlässig ableiten und diese Elektroden sind langzeitstabil im Gehirn, ohne dass die Funktionalität des Gehirns darunter leidet."
Ziel solch gruseliger Experimente ist es letztendlich, Körperprothesen zu entwickeln, die sich wie natürliche Gliedmaßen steuern lassen, also mit dem Gehirn. Dessen Signale werden dazu entschlüsselt wie beim Computerspiel des First. Professor Florian Solzbacher von der University of Utah:
"Es gibt hervorragende Algorithmen, um Nervensignale zu dekodieren sowohl von externen Elektroden mit Standard-EEG bis hin zu den implantierbaren Elektroden. Bei den implantierbaren Elektroden haben Sie den großen Vorteil, dass sie einfach deutlich mehr Information haben, Feinmotorik entsprechend ansprechen können."
Und vielleicht werden mit dieser Technik eines Tages Lahme wieder gehen und Blinde wieder sehen können. Noch allerdings sind die Wissenschaftler weit davon entfernt, derart intelligente Prothesen konstruieren zu können. Nach wie vor ist die Funktionsweise des menschlichen Gehirns eines der größten Geheimnisse. Und Schwierigkeiten zeigen sich schon bei dem harmlosen Computerspiel, das die Fraunhofer-Forscher entwickelt haben.
"Diese Stromwellen sind ein bisschen komisch, sind unterschiedlich von einer Person zur anderen. Und es gibt aNATOmische Gründe dafür und andere, die wir noch nicht verstehen. Und 30 Prozent der Probanten schaffen es nicht, einen Cursor mit den Gedanken zu steuern."
Also die Gedanken von rund einem Drittel der Bevölkerung bleiben den Wissenschaftlern verschlossen. Und das liegt nicht etwa daran, dass die entsprechenden Versuchspersonen kein Interesse an der Sache hätten.
"Also ich selber kann das nicht machen. Und ich habe seit vier Jahren oder so probiert."
Mirjam Kaplow vom First, vom Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik, montiert einen Elektro-Enzephalografen am Kopf des Reporters. Das Gerät misst kleine elektrische Ströme an der Kopfhaut. First hat es so weiterentwickelt, dass seine Elektroden vor dem Experiment nicht wie früher üblich in eine zähe, klebrige Flüssigkeit getaucht werden müssen. Das hat den großen Vorteil, dass man sich nach dem Messen nicht die Haare waschen muss. Der Umgang mit dem Elektro-Enzephalografen wird so unkomplizierter. Die Ströme, die er misst, stammen von der Aktivität der Nerven, also aus dem Gehirn des Reporters. Auf einem Bildschirm werden sie angezeigt.
"Wenn Sie jetzt noch mal mit den Augen blinken, sehen Sie kleine Ausschläge auf dem Bildschirm. Das sind die elektrischen Ströme, die oben am Kopf ankommen und die wir mit diesem EEG messen können."
Auf einem anderen Bildschirm zeigt Dr. Florin Popescu, der Leiter des EEG-Projekts am First, Fotografien von Personen.
"Sie sehen fünf Gesichter. Und Sie müssen eines davon auswählen. Und jedes Mal, wenn dieses Gesicht kommt, müssen Sie es zählen."
Und dann vergleicht Dr. Popescu die Gehirnströme, die der Anblick der verschiedenen Gesichter beim Reporter ausgelöst hat. Ein Laie vermag da keine Unterschiede zu erkennen. Aber für den Experten sticht ein Stromverlauf aus allen anderen heraus.
"Wir werden jetzt sehen, welches Gesicht ein so ungewöhnliches Signal hat: Ist das das Gesicht, das Sie ausgewählt haben? – Das ist es!"
Dr. Popescu kann mit seinem EEG-Gerät die Gedanken des Reporters lesen, ein paar zumindest. Und nicht nur, wenn man jemanden wiedererkennt, fließt Strom im menschlichen Gehirn, sondern bei allem, was man tut. Wenn man beispielsweise einen Arm bewegt, entsteht zuvor ein charakteristischer elektrischer Impuls. Wissenschaftler am First haben einige dieser Impulse entschlüsselt und mit diesem Wissen ein Computerspiel entwickelt, bei dem man nur mit der Kraft seiner Gedanken und einer EEG-Kappe einen Cursor auf einen Bildschirm bewegen kann.
Für anspruchsvollere Aufgaben allerdings implantieren Wissenschaftler mittlerweile Elektroden unter der Schädeldecke, meist bei Tieren, aber auch schon bei Menschen. Man muss sich das vorstellen wie kleine Nägel, die da im Gehirn stecken und elektrische Signale nach außen ableiten. Dr. Patrick Ruther von der Abteilung für Mikrosysteme der Universität Freiburg entwickelt solche implantierbaren Elektroden.
"Ich würde mal sagen, das Faszinierende am Gehirn selber ist seine Flexibilität. Das Gehirn toleriert diese Nägel und regeneriert sich nach dem Implantieren dieser Elektroden-Arrays. Natürlich kommt es zu einer Zerstörung von Gewebe. Aber man kann mit diesen Systemen zuverlässig ableiten und diese Elektroden sind langzeitstabil im Gehirn, ohne dass die Funktionalität des Gehirns darunter leidet."
Ziel solch gruseliger Experimente ist es letztendlich, Körperprothesen zu entwickeln, die sich wie natürliche Gliedmaßen steuern lassen, also mit dem Gehirn. Dessen Signale werden dazu entschlüsselt wie beim Computerspiel des First. Professor Florian Solzbacher von der University of Utah:
"Es gibt hervorragende Algorithmen, um Nervensignale zu dekodieren sowohl von externen Elektroden mit Standard-EEG bis hin zu den implantierbaren Elektroden. Bei den implantierbaren Elektroden haben Sie den großen Vorteil, dass sie einfach deutlich mehr Information haben, Feinmotorik entsprechend ansprechen können."
Und vielleicht werden mit dieser Technik eines Tages Lahme wieder gehen und Blinde wieder sehen können. Noch allerdings sind die Wissenschaftler weit davon entfernt, derart intelligente Prothesen konstruieren zu können. Nach wie vor ist die Funktionsweise des menschlichen Gehirns eines der größten Geheimnisse. Und Schwierigkeiten zeigen sich schon bei dem harmlosen Computerspiel, das die Fraunhofer-Forscher entwickelt haben.
"Diese Stromwellen sind ein bisschen komisch, sind unterschiedlich von einer Person zur anderen. Und es gibt aNATOmische Gründe dafür und andere, die wir noch nicht verstehen. Und 30 Prozent der Probanten schaffen es nicht, einen Cursor mit den Gedanken zu steuern."
Also die Gedanken von rund einem Drittel der Bevölkerung bleiben den Wissenschaftlern verschlossen. Und das liegt nicht etwa daran, dass die entsprechenden Versuchspersonen kein Interesse an der Sache hätten.
"Also ich selber kann das nicht machen. Und ich habe seit vier Jahren oder so probiert."