Das Gehirn, dein Joystick

Mit der Kraft der Gedanken können Querschnittgelähmte Rollstühle lenken und Mails schreiben.

Der Rollstuhlfahrer steuert das Gerät per Gedankenübertragung: Eine Kappe mit Elektroden macht es möglich.

Der Rollstuhlfahrer steuert das Gerät per Gedankenübertragung: Eine Kappe mit Elektroden macht es möglich. Bild: PD

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Am 4. Dezember 2010 war der 23-jährige Samuel Koch Kandidat bei der Fernsehsendung «Wetten, dass . . . ?». Auf Sprungstelzen wollte er Autos überspringen. Doch dann passierte ein tragischer Unfall, und er stürzte vor laufender Kamera. Elf Wochen später liegt er noch immer im Paraplegikerzentrum in Nottwil. Er erlitt eine schwere und komplexe Halswirbelverletzung. Ob er Arme und Beine jemals wieder bewegen kann, ist ungewiss.

Um Querschnittgelähmten den Alltag zu erleichtern und ihnen eine gewisse Autonomie zurückzugeben, setzen Forscher heute auf Hightech. An der Jahrestagung der amerikanischen Wissenschaftsvereinigung (AAAS) in Washington wurden gestern neue technische Entwicklungen vorgestellt, bei denen künstliche Intelligenz mit Gedankensteuerung kombiniert wird. Das Ziel dabei sei, sagt José del Millán von der ETH Lausanne, dass die Patienten in Zukunft nicht nur eine Sache, sondern sogar mehrere Dinge auf einmal machen könnten. Und dabei nicht so schnell ermüden wie bisher.

Organisiert wurde das AAAS-Symposium zum Thema «Mind and Machine» erstmals von der ETH Lausanne gemeinsam mit Swissnex San Francisco, das Teil des Staatssekretariats für Bildung und Forschung ist und wissenschaftliche Projekte zwischen den USA und der Schweiz koordiniert. Die Referenten stammten aus der Schweiz, Österreich und den USA.

Magische Kraft der Gedanken

Sie präsentierten neu entwickelte Gehirn-Computer-Schnittstellen, mit denen sich verloren gegangene oder geschädigte Funktionen des Nervensystems ein Stück weit ersetzen lassen. Dabei nutzten sie bisherige Techniken der Gedankenübertragung – etwa zur Steuerung eines Rollstuhls – und vernetzten diese mit anderen Systemen.

Generell beruht das Funktionsprinzip einer Gehirn-Computer-Schnittstelle darauf, dass die elektrische Hirnaktivität die rein gedankliche Vorstellung widerspiegelt. Der Patient trägt zur Übertragung eine Kappe auf dem Kopf, an der mehrere Elektroden befestigt sind. Denkt er zum Beispiel sehr konzentriert daran, seine rechte Hand zu bewegen, lassen sich mithilfe des aufgezeichneten Elektroenzephalogramms (EEG) innerhalb von einer Sekunde Veränderungen des Hirnstrombildes registrieren und ablesen. Würde er an die linke Hand denken, sähe das Bild anders aus.

«Die Daten werden nun in ein Steuersignal übersetzt, sodass sich auf diese Weise Geräte wie etwa eine virtuelle Tastatur bedienen lassen und der Patient eine E-Mail schreiben kann», erklärt Gernot Müller-Putz von der Technischen Universität Graz. Das Problem dabei sei, dass dies sehr anstrengend sei und der Benutzer auch nur wenige Befehle machen könne. Ähnlich wie bei der Steuerung eines Rollstuhls müsse er mit drei Richtungsanweisungen links, rechts und vorwärts auskommen. Er müsse sich also ganz gezielt Buchstabe für Buchstabe auf einer Tabelle am Bildschirm aussuchen.

Mehrere Aufgaben auf einmal

«Spätestens nach einer Stunde ist der Patient erschöpft», sagt José del Millán. «Deshalb wollen wir mehrere intelligente Systeme aneinanderhängen, die mitdenken und Entscheidungen für den Betroffenen fällen, damit dieser wieder freie Kapazitäten hat und sich anderem widmen kann, anstatt nur noch an den Befehl vorwärts zu denken.»

In der Tat funktioniert ein solches Multitasking, wie ein Test an der ETH Lausanne mit sehr motivierten Teilnehmern gezeigt hat. «Sie konnten lesen oder sprechen und gleichzeitig über ihre Gedanken Steuerungsbefehle für rechts, links oder stopp geben», sagt José del Millán. Zudem habe er mit seinem Team einen Rollstuhl entwickelt, der dank künstlicher Intelligenz und integrierter Kameras Hindernisse im Raum erkenne und diesen ganz selbstständig aus dem Weg gehe. Das entlaste den Patienten.

Roboter reagiert auf Hirnströme

Ähnliches gelte auch für einen sogenannten Telepräsenzroboter, der sich anstelle des bettlägrigen Patienten durch die Wohnung bewege, sagt José del Millán. Gesteuert durch Gedanken sowie eine intelligente Software, könne der Roboter zum Beispiel kleine Gegenstände zu einer anderen Person bringen oder zum Patienten holen. Da der Roboter zusätzlich noch mit einem Bildschirm sowie einer Kamera ausgerüstet ist, kann der Querschnittgelähmte auch mit Familienangehörigen oder Freunden kommunizieren. So ist er in der Lage, zumindest virtuell dabei zu sein, wo etwas los ist.

Forscher an der Technischen Universität Graz wiederum haben ein eigenes Steuerungssystem für einen Roboter entwickelt, das auf Hirnströme reagiert. Der Patient schaut dabei auf einen kleinen Kasten, bei dem vier Lichter an verschiedenen Orten mit unterschiedlicher Frequenz flackern. «Je nachdem, auf welches Lämpchen er schaut, wird ein anderes Hirnstrombild erzeugt», sagt Gernot Müller-Putz. Dadurch könne man mehr Abwechslung bieten, sodass der Patient eine grössere Auswahl habe und auch nicht zu schnell ermüde.

Motivation und Training sind Voraussetzung

Bei den Entwicklungen in Graz hat auch ein junger Patient, der bei einem Schulausflug einen Badeunfall hatte und seither schwer querschnittgelähmt ist, mehrere Jahre lang engagiert mitgeholfen. Derzeit testen rund 20 Patienten im europäischen Forschungsprojekt Tobi (Tools for Brain-Computer Interaction) diese neuen Gehirn-Computer-Schnittstellen, bei denen – vom Rollstuhl über den Roboter bis zur künstlichen Hand – die Grenzen der Technik ausgelotet werden.

«Dieses ehrgeizige Projekt zeigt, dass die Gedankensteuerung eines Roboters wie etwa im Film ‹Surrogate› längst keine Sciencefiction mehr ist», sagt José del Millán. Voraussetzung dafür sei jedoch stets, dass der Benutzer die Anwendung trainiere und hoch motiviert sei, mitzumachen.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 19.02.2011, 10:04 Uhr

Querschnittlähmungen

Jedes Jahr Hunderte neue Fälle

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