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Hirn-Computer-Schnittstelle: Affen steuern virtuelle Arme mit Gedankenkraft

Es ist ein beeindruckender Fortschritt bei der Entwicklung von Hirn-Computer-Schnittstellen: Affen haben zwei virtuelle Arme zugleich gesteuert - allein mit ihren Gedanken. Die Forscher hoffen, mit derartigen Geräten Gelähmten helfen zu können.

Duke Center for Neuroengineering

Die Schlagzeilen gingen im Herbst 2003 um die Welt: US-Forscher hatten einem Affen beigebracht, einen Roboterarm zu steuern - allein mit Hilfe von Gedanken. Elektroden hatten die Signale im Affenhirn erfasst und an einen Steuercomputer übermittelt. Seitdem haben Forscher in aller Welt die sogenannten Hirn-Computer-Schnittstellen stetig weiterentwickelt. Für Aufsehen sorgten insbesondere Experimente mit Menschen, die nur mit Gedankenkraft gemalt, E-Mails geschrieben oder sogar geflippert haben.

Jetzt, fast genau zehn Jahre nach dem ersten Affen-Experiment, präsentiert das Labor von Miguel Nicolelis an der Duke University in Durham (US-Staat North Carolina) einen weiteren Coup: Die Wissenschaftler ließen einen Rhesusaffen zwei virtuelle Gliedmaßen zugleich steuern. Das, heißt es im Fachblatt "Science Translational Medicine", sei noch nie zuvor gelungen.

Das Problem bestand nach Angaben der Forscher darin, dass das Gehirn für beidarmige Bewegungen nicht einfach die Bewegungen der einzelnen Arme übereinanderlegt. Deshalb könne man auch nicht zwei Hirn-Computer-Schnittstellen für einzelne Gliedmaßen miteinander kombinieren. Stattdessen zeigten Hirnregionen, die für die Motorik verantwortlich sind, bei beidarmigen Bewegungen spezifische Signalmuster. Sie galt es zu dekodieren.

Erst der Joystick, dann der Gedanke

Das Team um Peter Ifft hat dazu zwei Affen Elektroden ins Gehirn implantiert, die Signale von 347 bis 497 Nervenzellen erfassten. Die Daten wurden dann mit Hilfe eines Algorithmus in Bewegungen zweier virtueller Arme auf einem Computerbildschirm übersetzt. Um den Algorithmus zu trainieren, ließen die Forscher die Tiere zunächst mit einem Joystick die Arme steuern: Sie mussten mit ihren virtuellen Händen kleine Quadrate berühren.

Während einer zweiwöchigen Trainingsphase hätten die Tiere erkannt, dass sie ihre echten Hände gar nicht brauchten - und begannen, die virtuellen Körperteile nur noch per Gedankenkraft zu steuern. Die Forscher tauschten die Quadrate dann gegen Kugeln aus. Die Affen mussten sie mit beiden virtuellen Händen gleichzeitig packen und mindestens eine Zehntelsekunde lang festhalten - sonst gab es keinen Fruchtsaft zur Belohnung.

Mit der Zeit wurden die Affen immer besser. Messungen zeigten nach Angaben von Ifft und seinen Kollegen, dass die Neuronen in den Gehirnen der Tiere bei den Berührungen mit den virtuellen Armen so feuerten, als ob sie ihre eigenen Gliedmaßen benutzt hätten. Das lege nahe, dass die Affen die Bewegungen des Avatars in ihr internes Körperbild integriert hatten.

Gefahr von Infektionen

Hirn-Computer-Schnittstellen, auch BCI oder BMI (kurz für Brain-Computer- oder Brain-Machine-Interfaces) genannt, werden bereits seit Jahren eingesetzt, um behinderten Menschen ein gewisses Maß an Mobilität zu ermöglichen. Im vergangenen Jahr etwa stellten Forscher aus Deutschland und den USA eine Frau vor, die vom Hals abwärts gelähmt war. Die Forscher hatten ihr ein Implantat ins Gehirn eingesetzt, über das sie einen Roboterarm steuern und zum Beispiel Kaffee aus einer Tasse trinken konnte. Für vollständig Gelähmte können BCI sogar die einzige Chance sein, mit der Außenwelt zu kommunizieren. Ebenfalls denkbar sind militärische Anwendungen, vor denen Wissenschaftler bereits gewarnt haben. Diese Kritik betraf auch Nicolelis' Labor, das für frühere Studien Geld vom US-Verteidigungsministerium erhalten hatte.

Ein Problem für so komplexe Aufgaben wie die Steuerung zweier Arme sind die dazu notwendigen Implantate, die auch im aktuellen Affen-Experiment zum Einsatz kamen: Sie bergen die Gefahr von Infektionen, besonders wenn sie über längere Zeit auf der Hirnhaut liegen. Zwar gibt es auch nicht-invasive Methoden, Hirnsignale abzugreifen. Liegen die Elektroden aber auf der Kopfhaut, können sie die Aktivitäten der Neuronen viel weniger präzise erfassen.

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3  Bilder
High-Tech-Prothese: Roboterarm bewegt sich auf Gedanken-Kommando

mbe/dpa

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insgesamt 8 Beiträge
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1. Gedanken steuern Maschinen
Beat Adler 07.11.2013
Gedanken steuern Maschinen, bald steuern Maschinen die Gedanken. Es darf geforscht werden: https://www.humanbrainproject.eu/ Jeder bekommt seinen Gedanken-Lese-Uebertragungs-Chip unter die Schaedeldecke eingepflanzt, dann bricht der totale Frieden aus, jegliche Kriminalitaet verschwindet, denn wenn jemand "schraege" Gedanken hat, dann werden diese geloescht und durch Andere ersetzt. Science Fiction? Lasst uns in 25 Jahren wieder darueber schreiben.
2.
freiheitsglocke 07.11.2013
Zitat von Beat AdlerGedanken steuern Maschinen, bald steuern Maschinen die Gedanken. Es darf geforscht werden: https://www.humanbrainproject.eu/ Jeder bekommt seinen Gedanken-Lese-Uebertragungs-Chip unter die Schaedeldecke eingepflanzt, dann bricht der totale Frieden aus, jegliche Kriminalitaet verschwindet, denn wenn jemand "schraege" Gedanken hat, dann werden diese geloescht und durch Andere ersetzt. Science Fiction? Lasst uns in 25 Jahren wieder darueber schreiben.
Nicht alles was möglich ist, wird auch gemacht. Sonst wäre diese Welt längst in 1000 Stücke gesprengt worden. Hält das exponentielle Wachstum der Computertechnik an, werden wir das Leben der hardwired Software unseres Geistes beträchtlich verlängern können. Es wäre idiotisch auf diese Chancen zu verzichten. Es sei denn, man hängt nicht sehr am Leben.
3. Das Ende des freien denkens
mpokorny.eu 07.11.2013
Hört sich alles schön und gut an. Aber es wird missbraucht werden. Bei der Geburt wird jedem Kind so ein Chip eingepflanzt werden. Es wird dann anderswo bestimmt was aus dir wird und welche Gedanken du haben wirst. Furchtbar wohin wir hinsteuern.
4.
waldikus 07.11.2013
Zitat von freiheitsglockeNicht alles was möglich ist, wird auch gemacht. Sonst wäre diese Welt längst in 1000 Stücke gesprengt worden. Hält das exponentielle Wachstum der Computertechnik an, werden wir das Leben der hardwired Software unseres Geistes beträchtlich verlängern können. Es wäre idiotisch auf diese Chancen zu verzichten. Es sei denn, man hängt nicht sehr am Leben.
Oder man missgönnt Gelähmten die Chance, sich eines Tages vielleicht doch wieder auf eigenen Beinen bewegen zu können. Klar hat so eine Technologie auch potentielle Schattenseiten. Wenn man Beinprothesen per "Gedankenübertragung" steuern kann, kann man das potentiell auch mit Killerdrohnen. Aber deswegen gleich einen gesamten Forschungsbereich in bester Panikmanier ablehnen? Vielleicht hilft es, sich bewusst zu machen, dass selbst ein Plüschbär in den falschen Händen eine gefährliche Waffe wäre...man könnte Personen damit ersticken, wenn man nur brutal genug ist.
5. Die Kombination der wissenschaftlichen Teilgebiete ist entscheidend.
Beat Adler 07.11.2013
Zitat von freiheitsglockeNicht alles was möglich ist, wird auch gemacht. Sonst wäre diese Welt längst in 1000 Stücke gesprengt worden. Hält das exponentielle Wachstum der Computertechnik an, werden wir das Leben der hardwired Software unseres Geistes beträchtlich verlängern können. Es wäre idiotisch auf diese Chancen zu verzichten. Es sei denn, man hängt nicht sehr am Leben.
Die Kombination der wissenschaftlichen Teilgebiete ist entscheidend. Wo stehen wir in 25 Jahren bei: Biotechnologie, Nanotechnologie, Spintronic und der Erforschung des Gehirnes, in KOMBINATION selbstverstaendlich?
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