Brain-Computer-Interfaces: Ein Forschungsgebiet Bremer Neurowissenschaftler, der einmal gerade die Lebensqualität von Menschen mit Behinderung stark erhöhen dürfte.
Es gibt ja Leute, die behaupten, alleine mit ihren Gedanken einen Löffel verbiegen zu können. Für eine Zauber-Show ist das auch ein netter Gag, aber die Anwendungsmöglichkeiten im echten Leben sind relativ gering. Aber was wäre, wenn man alleine mit seinen Gedanken den Kühlschrank öffnen, ein Essen zubereiten und das gewünschte Radioprogramm einstellen könnte? Für viele Menschen mit Behinderungen wäre das eine enorme Hilfe.
Die gute Nachricht: Technisch gesehen funktioniert dies tatsächlich schon, wie Wissenschaftler des Friedrich-Wilhelm-Bessel-Instituts (FWBI) in Bremen nachgewiesen haben. Und nicht nur in Zauber-Shows oder bei spirituellen Sitzungen. Alles, was man braucht, findet man im Gebäude NW1 auf dem Campus der Uni Bremen. Allerdings ist das Verfahren bis jetzt erst bedingt praxistauglich und es werden noch weitere Entwicklungsschritte notwendig sein, bevor die Vorteile ausreichend zum Tragen kommen.
Höhere Lebensqualität für Menschen mit Behinderungen
Von der Forschung an solchen sogenannten Brain-Computer-Interfaces (BCI) sollen in Zukunft vor allem Menschen profitieren, die sich vom Hals abwärts nicht mehr bewegen können – oder überhaupt nicht mehr. Dies kann eine Folge von Unfällen oder Krankheiten sein, beispielsweise Lähmung, Schlaganfall oder Gehirn- oder Rückenmarkverletzungen. Für diese Menschen ist jedes Stück Selbstbestimmung im Alltag ein großer Gewinn an Lebensqualität.
Die Forscher des FWBI haben ihr System „sBCI“ getauft, wobei das „s“ für „schnell“ steht. Geschwindigkeit ist nämlich ein entscheidendes Kriterium, wenn die Steuerung per Gehirn als hilfreich empfunden werden soll. Man kennt es von der Erwartungshaltung des durchschnittlichen Computernutzers: Wenn ein Programm nicht innerhalb von Millisekunden die gewünschte Aktion ausführt, wird ungeduldig mit der Maus herumgeklickt.
Leuchtdioden regen Hirnaktivität an
Um die Funktionalität des Systems zu optimieren, setzt das FWBI auf eine Kombination aus Technologien: Neben den Gehirnströmen werden auch die Augenbewegungen verfolgt, um den Wunsch des Anwenders zu ermitteln. Damit das Ganze funktioniert, werden Elektroden auf dem Kopf angebracht, wie sie auch bei medizinischen Untersuchungen der Gehirnströme üblich sind. Die gemessenen Gehirnsignale werden ausgewertet und in anwendungsspezifische Steuersignale umgesetzt.
Zusätzlich trägt der Anwender eine Brille, die am Rahmen verschiedene Leuchtdioden aufweist. Diese können in unterschiedlichen Frequenzen blinken und somit bestimmte, erkennbare Gehirnströme auslösen – je nachdem, auf welche Diode und welche Frequenz der Anwender seine Aufmerksamkeit richtet.
Gesprochene Anweisungen helfen dem Anwender
„sBCI“ wurde im Rahmen des mittlerweile abgeschlossenen Forschungsprojekts testweise mit verschiedenen Funktionen ausgestattet. Das System erkennt zunächst, welches Gerät es gerade vor sich hat – Kühlschrank, Mikrowelle oder Radio. Dies geschieht durch unterschiedliche optische Symbole auf den Geräten, die von einer Kamera am Headset des Anwenders erkannt werden.
Anschließend stehen situationsabhängig verschiedene Handlungsoptionen zur Verfügung. So kann beispielsweise das Radio eingeschaltet und der gewünschte Sender gesucht werden. Dazu fokussiert der Anwender seine Aufmerksamkeit auf die entsprechende Leuchtdiode an der Brille. Gesprochene Anweisungen helfen ihm dabei.
Funktioniert nur mit Gel auf dem Kopf
Neben dem Einsatz im Gesundheitsbereich könnte „sBCI“ auch für die Verwendung mit Computerspielen weiterentwickelt werden. Vor dem großflächigen kommerziellen Einsatz ist allerdings noch weitere Forschung nötig, um die Reaktionszeiten des Systems weiter zu reduzieren. Zurzeit dauert es ungefähr ein Sekunde, bis die Gehirnströme richtig interpretiert sind, denn die Signale dringen nur stark gedämpft und verzerrt durch die Schädeldecke. Darüber hinaus ist zur Messung der elektrischen Hirnsignale noch das Auftragen eines speziellen Kontaktgels auf die Kopfhaut erforderlich.
Ein weiteres Entwicklungsziel ist die Erhöhung der Blink-Frequenz bei den Leuchtdioden, denn niedrigere Frequenzen führen zwar zu stärkeren Signalen, werden aber vom Anwender als störender empfunden.
Elektroden direkt im Gehirn
Während die Forscher des FWBI auf Technologien setzen, die keinen operativen Eingriff erfordern, geht man am Zentrum für Kognitionswissenschaften der Uni Bremen direkt an die Quelle der Signale und experimentiert mit Elektroden unter der Schädeldecke. So können die Ströme deutlich besser erkannt werden, allerdings ist der Eingriff natürlich nicht ganz trivial. Außerdem setzen relativ schnell die Abwehrmechanismen des Körpers ein und kleistern die Elektroden teilweise mit Gewebe zu, sodass die Signale wieder schwächer werden.
Insgesamt ist das Verfahren aber weniger gefährlich, als es sich anhört. Bei der Untersuchung von manchen Epilepsie-Patienten wird bereits ähnlich vorgegangen, um die genaue Quelle des Leidens zu orten.
Ziel: Texte schreiben und Rollstühle steuern
Die international renommierte Fachzeitschrift Journal of Neuroscience hat jetzt die Forschungsergebnisse der Bremer Wissenschaftler veröffentlicht. Ihr besonderer Ansatz besteht unter anderem darin, nicht die motorischen Bereiche des Gehirns anzuzapfen, sondern das Sehzentrum. Es funktioniert – und die Reaktionszeiten des Computers konnten deutlich gedrückt werden.
„Damit ist wissenschaftlich nachgewiesen, dass es grundsätzlich möglich ist, elektrische Signale von visueller Aufmerksamkeit, die an der Oberfläche des Gehirns gemessen wurden, in eindeutige Computersignale zu übersetzen“, betonen die Kognitionsforscher. In weiteren Untersuchungen wollen sie nun klären, wie diese Gehirnsignale für das Schreiben von Texten oder das Steuern eines Rollstuhls eingesetzt werden können.
