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07. Dezember 2004, 15:52 Uhr

Schnittstelle im Kopf

Sensormütze liest Gedanken

Amerikanischen Forschern ist es gelungen, mit Signalen aus dem menschlichen Hirn einen Computer zu steuern, ohne den Testpersonen Chips oder Elektroden zu implantieren. Dank einer Sensormütze konnten vier Menschen allein Kraft ihrer Gedanken einen Cursor zielgenau bewegen.

Hirn-Computer-Interface (aus Singapur): Gedanken von der Kopfhaut ablesen
AP

Hirn-Computer-Interface (aus Singapur): Gedanken von der Kopfhaut ablesen

Der Mensch ist kein Computer. Manchmal wäre es jedoch ganz praktisch, wenn das Gehirn direkt auf einen Computer einwirken könnte. Das lästige Tippen von Texten entfiele, stattdessen würden Ideen direkt in den Rechner fließen.

Von einer solchen Vision sind die Wissenschaftler noch ein ganzes Stück entfernt, die Schnittstelle Mensch-Computer macht jedoch laufend Fortschritte. Forscher der State University of New York haben nun ein solches Gehirn-Computer-Interface entwickelt, das ohne Chips oder Sensoren auskommt, die - wie bisher bei ähnlichen Geräten - direkt ins Gehirn implantiert werden müssen.

Jonathan Wolpaw und Dennis McFarland rüsteten eine Kopfhaube mit 64 Elektroden aus, die Signale aus dem Gehirn direkt von der Kopfhaut abgreifen. Vier Testpersonen gelang es nach einer Trainingsphase, allein Kraft ihrer Gedanken einen Cursor über einen Computermonitor zu steuern.

Das System könnte vor allem Schlaganfallpatienten und Querschnittsgelähmten helfen, die mitunter große Schwierigkeiten haben, einfachsten Tätigkeiten nachzugehen. Ihr Gehirn funktioniert zwar, aber es fehlt der Kontakt nach außen. Tastaturen oder Joysticks kommen wegen der Lähmung nicht in Frage.

Die vier Probanden lernten sehr schnell, den Cursor zu bewegen, schreiben Wolpaw und McFarland im Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences". Anfangs habe es geholfen, sich bestimmte Bewegungen vorzustellen. Eine Software analysierte das EEG und wählte die Impulse aus, die die Testpersonen am besten beeinflussen konnten.

Zwei der vier Testpersonen waren wegen einer Wirbelsäulenverletzung teilweise gelähmt. Erstaunlicherweise kamen sie deutlich besser mit dem Interface zurecht und konnten den Cursor flotter bewegen als die beiden gesunden Probanden. Die Wissenschaftler haben für dieses Phänomen noch keine Erklärung, möglicherweise spielt eine größere Motivation eine Rolle.

Cursor-Bewegungen der vier Probanden: Langsam (blau) bis schnell (rot)
SUNY

Cursor-Bewegungen der vier Probanden: Langsam (blau) bis schnell (rot)

"Die Ergebnisse zeigen, dass Menschen lernen können, an der Kopfhaut aufgenommene Impulse so zu nutzen, dass damit schnelle, präzise Bewegungen eines Cursors in zwei Dimensionen kontrolliert werden können", erklärten die Forscher. Software und die Probanden hätten die Steuerung gemeinsam gemeistert.

Das Experiment dürfte einen Durchbruch bei der Konstruktion von nicht-invasiven Mensch-Maschine-Schnittstellen markieren. Erst im Oktober hatten US-Mediziner einen Chip ins Hirn eines Querschnittsgelähmten eingepflanzt, der die Signale von 100 Neuronen an einen Rechner weiterleitete. Der 25-Jährige konnte nach Angaben der Firma Cyberkinetics E-Mails abrufen, am Computer spielen und durch Fernsehprogramme zappen. Das US-Unternehmen hatte bereits im Juni von der Gesundheitsbehörde FDA grünes Licht für klinische Tests mit dem Implantat namens "Braingate" bekommen.

US-Militärs forschen ebenfalls

Wissenschaftler haben aber bisher bezweifelt, ob es überhaupt möglich sein würde, die Impulse des Gehirns außerhalb des Kopfes präzise genug aufzufangen, um die Steuerung eines Computers zu ermöglichen. "Unsere Versuche beweisen, dass es nicht unbedingt nötig ist, Elektroden ins Gehirn einzusetzen", erklären Wolpaw und McFarland. Die nicht-invasive Technik erhöhe die Wahrscheinlichkeit, dass Gehirn-Computer-Schnittstellen eines Tages eine wichtiges Kommunikationswerkzeug für Menschen mit Behinderungen werden könnten.

Die New Yorker Forscher sind längst nicht die einzigen, die an solchen nicht-invasiven Methoden arbeiten. Die Firma Neural Signals mit Sitz in Atlanta versucht sich ebenfalls an einer Schnittstelle, die ohne chirurgische Eingriffe auskommt. Auch an der Berliner Charité und am Fraunhofer-Institut First experimentieren Wissenschaftler am so genannten Brain-Computer-Interface. Und selbst das US-Militär forscht bereits seit Jahren auf diesem Gebiet, um Kampfpiloten die blitzschnelle Steuerung ihrer Flugzeuge zu ermöglichen.

Texte tippen im Kopf

Hirnforscher aus Singapur vom Institute of Infocomm Research hatten Ende November eine andere, ebenfalls nicht-invasive Methode vorgestellt. Eine mit Sensoren ausgerüstete Mütze misst die Hirnaktivitäten - ähnlich wie bei dem Verfahren von Wolpaw und McFarland. Das System dient zur Texteingabe. Die Buchstaben des Alphabets werden in einer vorgegebenen Reihenfolge auf einem Display angezeigt. Ein stärkerer Impuls im EEG gibt dem Computer das Signal, den gewünschten Buchstaben auszuwählen.

Das Verfahren ist allerdings sehr langsam: Die Wissenschaftler erwarten, dass damit höchstens fünf Zeichen pro Minute geschrieben werden können. Die etwas feinere, an der New Yorker State University entwickelte Methode könnte noch mehr Potenzial zu bieten.

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