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Montag • 11:30
26.7.2004
Gedanken steuern den Computer
Von Dirk Asendorpf

Wer steuert hier wen? (Bild: AP)
Wer steuert hier wen? (Bild: AP)
Einen Computer, ein Flugzeug oder eine Prothese allein mit Gedankenkraft steuern - das klingt nach Science Fiction. Doch nach drei Jahrzehnten weitgehend fruchtloser Forschung häufen sich in letzter Zeit die Erfolgsmeldungen. In den USA bewegen Affen über einen im Kopf implantierten Sensor einen künstlichen Arm. An der Universität Graz kann ein gelähmter junger Mann eine künstliche Hand allein durch Konzentration öffnen und schließen. Und am Berliner Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik wird ein Computerspiel allein mit Gedankenkraft gesteuert. Brain-Computer-Interface nennen die Forscher ihre Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine.

Hier haben wir die normale EEG-Kappe. Da sind solche Elektroden eingelassen, die sehen aus wie ein Fingerhut, dann nimmt man eine Spritze, die ist vorne abgesägt, spritzt Gel rein, leitfähiges Gel wie beim Neurologen.

Ich will einen Computer bedienen ohne auch nur einen einzigen Muskel zu bewegen. Das beginnt mit einer Geduldsprobe. Eine gute Stunde dauert es, bis alle 128 Elektroden mit meiner Kopfhaut verbunden sind. Professor Klaus-Robert Müller vom Berliner Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur erklärt, was dann passiert.

Was wir messen, sind ja Spannungen, und zwar sehr kleine, im Mikrovolt-Bereich, also 10 hoch minus 6, also Millionstel, und wir tasten mit 1000 Hertz ab, d.h. 1000 mal in der Sekunde gibt jede dieser 128 Elektroden einen Wert. Dieses Signal wird dann genommen, erst mal muss man das entrauschen.

In meinem Kopf ist nämlich allerhand los. Die Pegelausschläge der Elektroden zeigen selbst dann ein ganzes Gewitter von Gehirnströmen an, wenn ich völlig ruhig und entspannt in dem bequemen Sessel sitze. Und im Durcheinander all dieser Kurven soll das Brain-Computer-Interface nun erkennen, ob ich mich gerade auf die rechte oder die linke Hand konzentriere. Denn allein durch Konzentration soll ich später den Cursor des Computers nach links oder rechts bewegen.

Es ist quasi wie auf einer normalen Cocktailparty, wo man da steht und sich unterhält, laute Musik, ganz viele sprechen durcheinander und man muss sich konzentrieren auf einen Sprecher, auf eine Geräuschquelle, die einen interessiert. Alles andere drückt man weg. Das schafft man sehr gut als Mensch, und wir versuchen das mit moderner Datenverarbeitung und Analyse.

Doch bevor es losgehen kann, will der Computer noch meine Gehirnströme kennen lernen. Eine Stunde lang muss ich dafür üben: rechts denken, wenn er rechts befiehlt, links, wenn er links wünscht. Dann wird das Ergebnis ausgewertet. Der Hochleistungsrechner braucht dafür mehrere Minuten, so gewaltig ist die Datenmenge. Blaue, grüne und rote Kurven ziehen sich jetzt über den Bildschirm. Daneben ist ein Abbild meines Gehirns zu sehen, auf dem einige Flächen farbig hervorgehoben sind. Der Mathematiker Benjamin Blankertz ist wenig begeistert von meinen Daten.

Dies sind so genannte räumliche Filter, und hier ist jetzt ein Filter, der optisch gut aussieht, also das Richtige macht. Der würde jetzt wahrscheinlich halbwegs was Vernünftiges rausfiltern. Hier verläuft jetzt die rote Kurve unterhalb der anderen beiden Kurven. Also die Tendenz ist richtig. Man könnte jetzt versuchen, dass man diese beiden Filter nimmt und das ausprobiert.

Na gut, das Computerspiel kann beginnen. In der Mitte ist ein roter Cursor zu sehen. Jetzt wird der linke Bildschirmrand blau und ich muss den roten Punkt dorthin bewegen. Ich versuche mich zu entspannen und gleichzeitig auf die linke Seite zu konzentrieren. Der Cursor wackelt hin und her, schlägt mal nach links, mal aber auch nach rechts aus. Schließlich trifft er ins Blaue. Ein Punkt. Nach 18 Versuchen der erste Zwischenstand: 11 Treffer, sieben Mal daneben.

Das ist für den Anfang ... na ja (lacht) noch nicht so super gut, aber man hat trotzdem gesehen, dass Sie in dem Experiment, wenn Sie sich entspannt haben, durchaus Kontrolle von dem Cursor hatten, aber dass es manchmal auch lange gebraucht hat, den auf so eine Seite zu drücken. Der hat manchmal so einen Zentimeter vor der Klasse, war es so, als wenn da eine Mauer war. Und das ist immer so eine Frage dann der Entspannung. Ja manchmal hat man dann wie so 'ne Blockade, ich kenn das auch.

Beim zweiten Durchgang klappt es besser. Wieder 11 Treffer, aber nur noch vier Mal daneben. Unter den 20 Versuchspersonen, an denen die Berliner ihr System bisher getestet haben, waren fünf Totalversager. Ich gehöre nicht dazu. Immerhin. Aber ich bin viel zu langsam, um tatsächlich einen Computer - oder gar eine Prothese - mit Gedankenkraft zu steuern. Ganze zwei Impulse pro Minute habe ich übermittelt. Eine mittelmäßige Sekretärin schafft mit ihrer Tastatur das Tausendfache.

Das Hauptproblem ist die limitierte Informations-Transferrate. Im Moment ist es so, dass man nicht über 25 Bit pro Minute rauskommt. Um jetzt wirklich einen Rollstuhl zufriedenstellend steuern zu können, müsste man das wesentlich steigern.

Bernhard Grainmann von der Universität Graz hat die Ergebnisse aller Forscherteams verglichen, die derzeit an Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer arbeiten. Die Berliner schneiden dabei gut ab. Doch für eine praktische Anwendung in der Steuerung von Maschinen oder Prothesen müsste auch bei ihrem System die Übertragungsgeschwindigkeit noch enorm gesteigert werden.

Eine Möglichkeit dazu wäre subturale oder interkortikale Aufnahmen zu machen. Da muss man die Schädeldecke öffnen, auch die obere Haut des Gehirns öffnen, dann kann man entweder Elektroden auf den Kortex auflegen oder mit Elektroden direkt in die obere kortikale Hirnrinde reinfahren und da die neuronale Aktivität messen.

In den USA ist gerade ein erster Test dieses Verfahrens an einem Menschen genehmigt worden. Aber mir wäre das viel zu gefährlich. Die Kappe auf meinem Kopf mit ihren 128 Kabeln ist schon lästig genug. Nach sechs Stunden Gedankensteuerung bin ich ganz schön müde. Meine Trefferquote wird immer schlechter. Doch dann kommt der Durchbruch. Ich habe einen Trick entdeckt. Leichtes Grinsen lässt den Cursor nach rechts schnellen, ein dummes Gesicht bringt ihn nach links. Nach 30 Sekunden steht es 15:0. Für mich. Na, Herr Professor, das war doch klasse?

Aber geschummelt. Man sieht das Schummeln daran, dass das EEG insgesamt viel unruhiger und zappeliger wird, so dass man sieht, dass da Gesichtsmuskeln angespannt wurden oder gelacht wurde. Jedes System, von dem man weiß, wie's funktioniert, kann man austricksen, das ist eh klar. Aber im Prinzip beschummelt man sich ja selbst, weil man möchte ja das mit den Hirnsignalen steuern ...

Und zwar so schnell, zuverlässig und unkompliziert wie möglich. Einige Jahre muss daran noch geforscht werden. Die stundenlange Tortur unter der EEG-Kappe soll später einmal durch eine unauffällige Feldstärkenmessung ersetzt werden. Dann könnte das Brain-Computer-Interface - davon bin ich jetzt überzeugt - tatsächlich einen praktischen medizinischen Nutzen bekommen.
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