Die direkte Verbindung zwischen Gehirn und Computer bietet in naher Zukunft Menschen neuartige Hilfen. Patienten, die teilweise oder vollständig gelähmt sind, die ihre Sehfähigkeit verloren haben oder denen Gliedmaßen fehlen, können mit dieser Technologie einen Teil ihrer alten Leistungsfähigkeit zurückerlangen. In Berlin sucht das “Berlin Brain Computer Interface” (BCCI) nach effektiveren Methoden zum Erkennen und Entschlüsseln der elektrischen Impulse im Gehirn. Hier arbeiten Neurologen der Berliner Charité mit Experten anderer Forschungseinrichtungen wie der TU Berlin aus den Bereichen maschinelles Lernen, Neurotechnologie und anderer Disziplinen zusammen.

Der direkte Draht zwischen Mensch und Maschine

Ein “Brain Computer Interface” (BCI) arbeitet mit Sensoren auf der Kopfhaut, die die elektrischen Ströme in der Hirnrinde aufzeichnen und sie an einen Computer übermitteln. Je mehr Sensoren auf der Kopfhaut sitzen, desto genauer können Forscher das Gehirn erfassen. So entsteht eine Art Landkarte der verschiedenen Gehirnzentren und ihrer Verbindungen untereinander. Diese Technik ist als Elektro-Enzephalogramm oder EEG seit langem Teil der neurologischen Diagnostik. Ein BCI funktioniert, indem der Computer die Signale interpretiert und in Befehle für ein Gerät übersetzt. Das kann ein PC sein, ein Kleinflugzeug, eine Prothese oder eben ein ganzes Exoskelett. Denn die elektrischen Impulse stellen unsere Gedanken dar, also etwa die Vorstellung, einen Arm zu bewegen oder einen Text zu schreiben.

Dabei lernt nicht der Mensch, sondern der Computer. Der Mensch muss sich bestimmte Dinge vorstellen, etwa die Bewegung einer Hand. Ein Lernalgorithmus sagt dem Computer, wann das Kommando für Handbewegung erfolgt. Nach 60 bis 80 Durchläufen kann der Computer dann erkennen, welche Signale zu welcher Bewegung gehören.

Neue Wege in der Medizin

Für die Verantwortlichen des BCCI stehen zukünftige Anwendungen in der Neuromedizin im Vordergrund: „Hier sind in naher Zukunft wichtige Innovationen für Patienten mit Querschnittslähmung, Schlaganfall oder Locked-In-Syndrom zu erwarten“, erklärt der Neurologe Professor Gabriel Curio, Leiter der Arbeitsgruppe Neurophysik der Klinik für Neurologie an der Charité Berlin.

Insbesondere schwerstgelähmte Patienten, die vom Hals abwärts gelähmt sind, würden von BCIs profitieren. Auch für Opfer des Locked-In-Syndroms böten sich Heilungschancen. Das Syndrom entsteht als Folge eines Hirnstamm-Infarktes oder eines Unfalls und bewirkt, dass die Patienten vollständig gelähmt sind. Das Bewusstsein ist intakt, aber sie können nur noch die Augenlider bewegen. Durch eine Gehirn-Computer-Schnittstelle könnten sie wieder kommunizieren und sich bewegen.

Auch Neuroprothesen sind möglich. So ließen sich ein Arm, ein Bein oder aber ein ganzes Exoskelett, eine Art motorbetriebenen Anzug, steuern. Gelähmte können sich so wieder auf zwei Beinen bewegen, wie etwa der Querschnittsgelähmte, der bei der Fußball-WM 2014 in Brasilien symbolisch den Anstoß gab. Außerdem interessieren sich die Berliner Forscher für die sogenannte Neurorehabilitation von Schlaganfallpatienten. Ein BCI könnte nicht nur fehlerhafte Gehirnimpulse, die zu Schlaganfällen führen können, entdecken, sondern auch durch Neurofeedback helfen, diese Impulsmuster zu korrigieren. Für die Vorsorge bei Schlaganfällen bieten sich hier neue Möglichkeiten. Denn ein BCI ist auch fähig, die ersten Anzeichen eines Schlaganfalls zu erkennen. Der koreanische IT-Konzern Samsung hat eine Kombination aus Headset und App entwickelt. Das Headset übermittelt die Daten an die App, die wiederum das Schlaganfall-Risiko berechnet.

Neue Art des Fliegens und Spielen über Bande

Zu den spektakulären Anwendungen außerhalb der Medizin gehört “Brainflight”. Das ist eine Drohnen-Fernsteuerung, die vom portugiesischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Tekver zusammen mit der ebenfalls in Portugal ansässigen Champalimaud Foundation, der niederländischen Eagle Science und der Technischen Universität München entwickelt wurde. Erstmals demonstriert wurde “Brainflight” bereits 2014. Der Pilot steuerte zunächst Flugkörper im Simulator, später auch echte Klein-Drohnen. Außerdem testeten die Entwickler “Brainflight” auch mit dem Simulator einer DA 42, eines zweimotorigen Leichtflugzeuges.

Sogar die Kommunikation zwischen menschlichen Gehirnen wird möglich. An der Washington-Universität in Seattle hat ein Forscherteam zwei Probanden so miteinander verbunden, dass einer die rechte Hand des anderen steuern und so ein Computerspiel spielen konnte. Der Informatiker Rajesh Rao saß vor einem Monitor und steuerte über ein BCI die Hand des Psychologen Andrea Rocco. Das Experiment fand vor zwei Jahren statt; inzwischen arbeiten die beiden daran, komplexe Informationen zu übermitteln.

Aber wirklich marktreif ist die Technologie der Computer-Hirn-Schnittstellen noch nicht. Für Menschen, die an Lähmungen leiden oder Gliedmaßen verloren haben, sind Neuroprothesen ein echter Durchbruch. Trotzdem ist die Steuerung einer computergesteuerten Kunsthand nicht mit einer organisch gewachsenen Hand vergleichbar. Auch ist die Technik noch nicht weit genug entwickelt. So brauchen die Elektroden auf der Kopfhaut immer noch große Mengen leitfähiges Gel, kleinere Sensoren, die ohne Gel auskommen, fehlen bislang. „BCI-Systeme gibt es nicht auf Krankenschein, sie werden derzeit nur im Rahmen kontrollierter Studien getestet. Es wird noch etliche Jahre dauern, bis wir ein System haben, das die Patienten im Alltag verwenden können“, so Professor Gabriel Curio.

Hinzu kommen ethische Fragen: Wie weit soll der Ersatz von Gliedmaßen gehen? Und wie weit, wenn er denn möglich wird, dürfte der Zugriff auf gedankliche Inhalte gehen? Oder müsste man ihn mit Blick auf die Persönlichkeitsrechte verbieten?

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Image “Gehirn” by geralt (CC0 Public Domain)

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Schlagwörter: Denken, Drohnen, Forschung, Gehirn, Informationen, kommunikation, medizin, Technologie