Gehirn und Computer – das passt gut

Die Schnittstelle Gehirn-Computer ist im Science-Fiction-Bereich, z.B. bei den Lesern von Romanen wie “Neuromancer” und “Mona Lisa Overdrive” von William Gibson mittlerweile gar nicht so fremd. Big Brother von Georg Orwells “1984” wird bereits zunehmend Realität und jetzt arbeiten Wissenschaftler an einem Brain Interface, damit man zukünftig sich direkt per Hirn mit seinem Computer und dem Netzwerk verbinden kann.

Computer-Gehirn-Schnittstellen werden zunehmend realer und komplexer. Sie werden heute bereits genutzt, um Prothesen zu steuern. Nach einem Bericht der Online-Ausgabe der Technology Review stellten Forscher der University of Washington in verschiedenen Testreihen fest, dass sich das Gehirn erstaunlich gut an diese Systeme anpasst.

Noch ist man am Anfang der Forschungsarbeit, aber inzwischen geht man von der Elektroenzephalografie (EEG), bei der die elektrische Aktivität des Gehirns von außen gemessen wird, zu Implantaten über. Hier besteht momentan die Aufgabe, die genauen Stellen herauszufinden, an denen die Elektroden implantiert werden müssen, um das gewünschte Signal zu erfassen.

Die Studie erschien diesen Monat in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) als Open Access-Artikel. Darin wurde eine Gruppe von Epileptikern untersucht. Diesen war zur Vorbereitung einer Operation Elektroden ins Gehirn eingesetzt.

The team of computer scientists, physicists, physiologists and neurosurgeons studied eight patients awaiting epilepsy surgery at two Seattle hospitals. Patients had electrodes attached to the surface of their brains during the week leading up to the surgery and agreed to participate in research that would look at connecting brains to a computer.

Die Teilnehmer der Studie mussten bestimmte Bewegungen durchführen, z.B. ihre Arme oder ihren Oberkörper zu heben. Im zweiten Teil gleich im Anschluss sollten sie sich den gleichen Bewegungsablauf nur vorstellen. Während Ablauf dieser Aktionen wurden die Auswirkungen im Gehirn aufgezeichnet.

Beide Aktionen ergaben, wie es zu erwarten war, an den Elektroden im passenden Frequenzbereich unterschiedliche Signalqualitäten: Der Ausschlag bei den realen Aktionen war deutlich höher als bei der reinen Vergegenwärtigung.

Der dritte Schritt war, dass sich die Probanden über ein Brain Interface mit dem Computer verbanden. Dort reichte das Signal der reinen Vorstellung aus, um einen Cursor zu bewegen. Zehn Minuten Training reichten die auftretenden Gehirnsignale zu verstärken, mehr sogar als bei der realen Durchführung der Bewegung. Bei zwei Testpersonen reichte weitere zehn Minuten später schon der Gedanke daran, den Cursor zu bewegen, dass sie ihn bewegten. Sie benötigten nicht mehr den Gedanken an die körperliche Aktivität.

Die hohe Kompatibilität zwischen Hirn und Rechner überraschte die Forscher. Bekannt ist allerdings schon länger, dass das konzentrierte und regelmäßig Vorstellen von Bewegungsabläufen des eigenen Körpers zum Aufbau eines “Muskelgedächtnisses” führen kann, das sich dann in der Realität abrufen lässt. Den University of Washington-Forschern gelang es, die passenden Frequenzen über ihre Elektroden abzugreifen.

Um diese erstaunlichen Ergebnisse weiter ausbauen zu können, sucht das amerikanische Forschungsteam der University of Washington nach Möglichkeiten, diese Gehirnsignale auch ohne operativ eingesetzete Elektroden nutzen zu können. Eine Messung der Impulse mit EEG-Messgeräten, die über die Kopfhaut Impulse aufnehmen, ist unzureichend. Die Impulse sind zu schwach, um Erinnerungen an eine Bewegung herauszufiltern. Für ein effektives Training benötigt das Gehirn jedoch ein direktes Feedback.

Erste Spielehersteller werben bereits mit einer marktreifen Gehirnsteuerung für Spiele. Von dieser Seite könnten Impulse und Innovationen kommen, die dieser Forschung entgegen kommen. Auch entsprechende Head-Sets werden bereits beworben. Momentan ist dies noch ein teurer Spass mit vielen Ecken und Kanten.

Faszinierend diese Untersuchung. Noch scheint vieles wie Science Fiction zu klingen, aber bedenkt man die Entwicklung des Internets, so kann es extrem schnell passieren, dass sich daraus tolle Anwendungen ergeben.

Quellen:
Hickey, Hannah: Brain-controlled cursor doubles as a neural workout via UWNews.org
Schwan, Ben: Gute Kompatibilität zwischen Gehirn und Computer via heise online
Schwan, Ben: Gehirn steuert Computer in der Technology Review online

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