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Document Type: Journal article Online-Publication
Digitale Telepathie

Computer und Roboter durch Gedankenkraft steuern

Bibliographic Information

Author:

Marsiske, Hans-Arthur; Meyer, Angela

Editor:

Heise, Christian; Heise, Ansgar; Persson, Christian

Source:

c't magazin für computertechnik, 2006, Heft 18 (August), page 88-93, Hannover: Heise, ISSN: 0724-8679

Year:

2006

Der Text ist von:
Marsiske, Hans-Arthur; Meyer, Angela

The text is available in the journal:
c't magazin für computertechnik, Heft 18 (August), page 88-93

Den Text gibt es seit:
2006

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German Abstract:

This is what the text says:

Zwar ist es noch nicht so weit, dass Menschen eine Neuroprothese wie ein eigenes Glied kontrollieren können, dennoch dürften über Gedanken gesteuerte Kommunikationshilfen für Schwerstgelähmte schon in wenigen Jahren kommerziell verfügbar sein.

Hans-Peter Salzmann leidet an der Krankheit ALS, einer fortschreitenden Muskellähmung. Diese erlaubte ihm nur noch schwache Bewegungen der Augen und zweier Gesichtsmuskeln. Der Jurist setzte sich im Jahre 1996 mit der Uni Tübingen in Kontakt, wo ein Gerät entwickelt wurde, das die Steuerung eines Computercursors durch die Messung der Gehirnaktivität ermöglichte.

Mit Hilfe dieses Thought Translation Device (TTD) war es Salzmann möglich, Texte zu verfassen. Dies erforderte jedoch ein intensives Training, denn er musste lernen, die Hirnpotenziale gezielt positiver oder negativer werden zu lassen. Nach mehreren Monaten Training verfasste er einen Text mit zwei Zeichen pro Minute.

Einfacher haben es die heutigen Nutzer des Brain Computer Interface (BCI), welches den Computer mit Hilfe direkt gemessener Gehirnaktivität steuert. Einer Studie zufolge konnte ein querschnittsgelähmter Amerikaner, dessen Gehirnsignale durch einen direkt ins Hirn implantierten Chip übertragen wurden, bereits nach einer kurzen Einweisung den Cursor auf dem Monitor bewegen.

Die meisten Forschungen bei BCI-Projekten stützen sich bisher auf die nicht-invasive EEG-Technik, bei der Elektroden auf der Kopfoberfläche die Spannungsänderungen erfassen. Vorteil dieser Methode ist, dass sie bereits jahrzehntelang erprobt wurde, den Patienten nur wenig belastet und alle nötigen Komponenten kommerziell verfügbar sind. Die räumliche Auflösung ist jedoch begrenzt und deshalb ein wichtiger Ansatzpunkt für Optimierungen.

Die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRI) kommt ebenfalls ohne chirurgischen Eingriff aus. Sie misst den Sauerstoffgehalt des Blutes im Gehirn und ermöglicht eine höhere zeitliche Auflösung. Zeitliche Veränderungen, die kürzer sind als wenige Sekunden werden allerdings nicht erfasst.

Das Verfahren der Elektrocorticografie (ECoG), bei dem die elektrischen Hirnströme auf der Gehirnoberfläche gemessen werden, dient vor allem der Lokalisierung von Epilepsie-Herden im Gehirn. Hierbei werden durch kleine Löcher in der Schädeldecke Elektroden eingeführt, die die Hirnaktivitäten über Tage messen. Zwar erfassen die Elektroden nur einen bestimmten Abschnitt des Gehirns, die Signale haben aber eine höhere Präzision als das EEG.

Grundsätzlich sieht der Neurowissenschaftler Stephen H. Scott von der kanadischen Queen´s University in Gehirnimplantaten mehr Möglichkeiten. Aufzeichnungen mit hunderten von Mikroelektroden, so der Wissenschaftler, könnten hochkomplexe Kontrollsignale erzeugen. Dennoch müssten bei diesen Techniken noch viele Probleme gelöst werden, da beispielsweise die Bewegung des Cursors zeitverzögert und ungenau war. Völlig unklar ist bislang ebenfalls, wie lange die Elektroden überhaupt funktionsfähig sind.

Ein Problem das sich Nutzer beider Verfahren stellt ist, dass Probanden fest über Kabel mit dem technischen Equipment verbunden sind. Um die Nutzer möglichst unabhängig zu machen, müssten die Daten per Funk übertragen werden. Scott hält diese Probleme für lösbar und verweist auf den Erfolg der Cochlea-Implantate.

Die bisherigen Verfahren kommen noch nicht an die Geschwindigkeit heran, die ein Gesunder mit dem Computer erreichen könnte. Um bei der Geschwindigkeit aufzuholen bietet sich jedoch möglicherweise eine Lösung. Eine Forschergruppe testete an Affen eine einfache Art der Signalauswertung, die eine deutlich schnellere Steuerung zuließ. Bei nicht-invasiven BCIs würden bereits mehr Elektroden oder eine bessere Kontaktierung mehr Möglichkeiten bieten.

Um die Signale bestmöglich aufzunehmen, muss herausgefunden werden, in welchem Teil der Gehirnströme sich die gedachte Aktion am besten widerspiegelt, und welchen Teil man am besten zur Auswertung nutzen kann. Bei den Signalen unterscheidet man in der Regel zwischen links und rechts.

Verkürzt werden muss auch der Trainingsaufwand der Nutzer. Das Berlin Brain Computer Interface (BBCI), von einer Forschergruppe der Berliner Universitätsklinik und dem Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik, mit bis zu 128 Elektroden braucht etwa 20 Minuten, um sich auf den Nutzer einzustellen und die spezifischen Signale herauszufiltern, die mit der Vorstellung einfacher Bewegungen verbunden sind. Ein außergewöhnliches sinnliches Erlebnis erhalten die NUtzer durch den Algorithmus CSSSP, der die gleichzeitige Filterung räumlicher und spektraler Muster im EEG optimiert.

Seit 2001 wird die Entwicklung neuer Algorithmen durch einen Wettbewerb gefördert. Hierfür stellen BCI-Forscher Daten ihrer Experimente zur Verfügung, anhand derer Teams aus der ganzen Welt ihre Daten kalibrieren und anwenden können. Eine in diesem Wettbewerb entwickelte Schreibhilfe ist von den Wadsworth-Forschern zusammen mit der Beratungsfirma Cambridge Consultants bereits zu einem kommerziellen Produkt entwickelt worden. Die Bedienung und Kalibrierung sei dabei so einfach gehalten worden, dass sie auch von untrainierten Betreuern aufgesetzt werden könne.

Die BCI-Entwicklung hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Die Anwendung von EEG-BCIs erscheint vielen als unproblematisch, anders als die Arbeiten an Hirnimplantaten, die häufig Unbehagen auslösen. Da die Bedeutung an Neurowissenschaften stetig an Bedeutung gewinnt, hat sich vor einigen Jahren die Forschungsrichtung Neuroethik neu etabliert. Diese untersucht die Auswirkungen der Fortschritte der Forschung. Insgesamt werden die Erkenntnismöglichkeiten durch Hirnuntersuchungen sehr kritisch betrachtet, da die Überschreitung von Grenzen gefürchtet wird.

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c't magazin für computertechnik
https://www.heise.de/ct/

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R/ZA2822

Last Update: 28 Aug 2019