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Montag • 11:30
7.7.2003
Der direkte Draht zum Rechner – Brain Computer Interface
Gerrit Stratmann

An der Bedienung eines Computers hat sich in den letzten zwanzig Jahren wenig geändert. Immer noch sind Tastatur und Maus die wichtigsten Eingabegeräte. Die Sprachsteuerung ist noch nicht ausgereift und wartet noch auf ihren Durchbruch. Aber die Forscher denken schon einen Schritt weiter. Sie wollen, dass der Computer auf unsere Gedanken reagiert. Die Idee klingt ebenso verlockend wie utopisch - Gedankenbefehle steuern einen Computer. Das Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik in Berlin Adlershof versucht in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Benjamin Franklin genau das. Die Fraunhofer Informatiker um Professor Klaus-Robert Müller tüfteln an einer Schnittstelle zwischen Gehirn und Rechner, einem Brain-Computer Interface.

In dem Brain Computer Interface versuchen wir, Hirnsignale abzugreifen mit, in dem Fall, EEG, Elektro-Enzephalogramm, und diese Hirnströme zu interpretieren als Steuersignale für alle möglichen Sachen, die wir damit machen können. Wir können - das haben wir im Moment noch nicht gemacht - z.B. in Zukunft also mental Schreibmaschine machen, wir können Videospiele spielen, wir könnten versuchen, das in der Rehabilitation einzusetzen usw.

Der Versuchsaufbau ist dabei relativ einfach. Zum Einsatz kommen ein handelsüblicher Computer und ein medizinisches EEG. Mit Hilfe einer Kappe, die aussieht wie eine altmodische Badehaube, werden die Gehirnströme der Probanden gemessen.

Ja, was man sieht ist diese 128-Elektroden-Kappe, dann sieht man einen riesigen Kabelsalat, der dann in solche Boxen reinkommt, und zwar eben für 128 Kanäle. Die Boxen gehen dann in den Verstärker, die Verstärker gehen in den Rechner rein und dann hat man das Signal, was man dann misst, irgendwann mal im Rechner drin. Ja, und dann kann man eigentlich los messen.

In einer etwa 20 minütigen Trainingsphase lernt nicht etwa der Mensch, sondern die Maschine, mit den Gehirnsignalen umzugehen. Dafür haben die Informatiker am Fraunhofer Institut eine Software geschrieben, die versucht, die Signale zu entdecken, die das Gehirn aussendet, wenn es bestimmte Körperbewegungen befiehlt.

Das, was ausgenutzt wird physiologisch, ist die so genannte Bewegungsintention, die sich über den Motorkortex aufbaut und die man quasi abgreifen und auslesen kann.

Die Software unterscheidet beispielsweise, ob der Proband die linke oder rechte Hand bewegen will - und das schon eine Viertelsekunde bevor der Proband die Hand tatsächlich bewegt. Um diese simple Form des Gedankenlesens zu ermöglichen, muss die Software aus den 128 gleichzeitig registrierten Gehirnströmen das richtige Signal herausfiltern. Die Schwierigkeit dieser Aufgabe lässt sich an einem Problem aus der Akustik verdeutlichen: dem Cocktailparty-Problem.

Wenn wir uns auf einer Party unterhalten wollen, müssen wir in der Lage sein, uns vor einer lauten Geräuschkulisse auf einen einzigen Gesprächspartner zu konzentrieren und den Lärm gedanklich auszublenden. Gelänge uns das nicht, nähmen wir statt der Sätze unseres Gegenübers nur noch Rauschen wahr. Auch in unserem Gehirn herrscht ein ständiges Rauschen, da es mit vielen Dingen gleichzeitig beschäftigt ist. All diese Aktivitäten zeichnet das EEG am Brain Computer Interface auf. Die Software vom Fraunhofer-Institut muss lernen, in dem Rauschen das eine, entscheidende Nutzsignal zu erkennen. Bis jetzt bringt sie dabei nur einfache Unterscheidungen zustande, wie etwa die Bewegungsintention der rechten oder linken Hand zu erkennen. Für den Benutzer ist das vergleichbar, als müsste er den Rechner mit Hilfe eines Keyboards steuern, das nur zwei Tasten hat. Komplizierte Interaktionen sind damit noch nicht möglich. Trotzdem ist man am Fraunhofer Institut vorsichtig optimistisch, dass das Brain Computer Interface im Bereich der Videospiele ebenso zur Anwendung kommen könnte, wie als Hilfsmittel für bewegungsunfähige Patienten in der Medizin.

Also wir haben elementare Spiele wie PacMan oder Teletennis oder Autorennen haben wir schon mal implementiert und das macht auch Spaß. Es geht nur ein bisschen langsam im Moment. Auf der anderen Seite ist, sagen wir mal, das ganze medizinische Feld, das Feld der Rehabilitation. Wir würden auf Amputierte oder Leute mit einer hohen Rückenmarkslähmung zielen als Patientengruppe. Und muss klar sagen, im Moment sind wir nicht in der klinischen Phase, sondern es ist reine Grundlagenforschung.

Die Versuche zeigen, dass die Schnittstelle im Prinzip funktioniert. Aber noch werden Jahre vergehen, ehe Spieler oder Patienten diese neue Art der Interaktion mit der Maschine nutzen können. Im Augenblick stehen die umfangreichen Vorbereitungen für das Experiment einem praktischen Einsatz noch im Weg. Das Anlegen der Elektrodenkappe nimmt fast eine Stunde Zeit in Anspruch. So lange dauert es, bis alle 128 Elektroden mit der Kopfhaut verbunden und überprüft sind. Aus heutiger Perspektive sind deshalb noch viele patente Ideen nötig, ehe die Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer alltagstauglich wird.
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