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TrendBewegen per Gedanken

Stell dir vor!

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Mirko Besch

Mirko Besch

freier Journalist

Mit der Kraft der Gedanken Gliedmaßen bewegen oder Maschinen steuern – was für viele noch nach Science Fiction klingt, gehört in Wirklich­keit zu den neuesten Entwicklungen in Wissenschaft und Technik. Diese lassen querschnitts­ge­lähmte Menschen auf der ganzen Welt hoffen, dass sie ihr Leben künftig ein Stück weit besser oder einfacher meistern können.

18. Juli 2016

Seit einem Tauchunfall vor sechs Jahren ist Ian Burkhart von den Schultern abwärts gelähmt, seine Arme vermag der US-Amerikaner nur noch rudimentär zu bewegen. Das sollte laut Aussagen der Ärzte auch sein Leben lang so bleiben. Doch mithilfe einer neuen Technologie, genannt NeuroLife, kann der 24-Jährige aus Dublin im Bundesstaat Ohio nun wieder seine rechte Hand steuern – und zwar mit seinen Gedanken. Er ist der erste gelähmte Mensch, der so etwas kann. Vorausset­zung dafür ist ein in sein Gehirn implantierter Chip, der die Hirnsignale des jungen Mannes aufzeichnet und sie über ein Kabel an einen Computer übermittelt. Dort werden die Signale in konkrete Bewegungs­an­wei­sungen umgewandelt und anschlie­ßend an eine am Unterarm befestigte Manschette mit 130 Elektroden geschickt, die Burkharts Muskeln in Echtzeit entsprechend stimulieren. Dank dieses „Nerven-Bypasses“ und der Gehirn-Computer-Schnittstelle (auch Brain-Computer-Interface – BCI – genannt) kann der US-Amerikaner sowohl die Hand als auch deren Finger wieder präziser steuern. Er muss sich lediglich die Bewegung vorstellen. 

Algorithmus entschlüs­selt Gedanken und Signale

Damit das funktioniert, hatten ihn Forscher des Battelle Memorial Institute und der Ohio State University intensiv im Kernspin­to­mo­grafen untersucht und dadurch exakt eingegrenzt, welcher Bereich seines Gehirns speziell für Hand- und Fingerbe­we­gungen verantwort­lich ist. Im April 2014 wurde dann an genau dieser Stelle, im linken motorischen Kortex seines Gehirns, ein Chip implantiert. Bei den anschlie­ßenden Trainings­sit­zungen führte ihm eine Computer­si­mu­la­tion verschie­dene Handbewe­gungen vor, und Burkhart versuchte, diese „nachzuden­ken“, sprich: sich diese Bewegungen vorzustellen – so lange, bis der Algorithmus seine Gedanken und Signale verlässlich entschlüs­seln konnte. 

Bereits nach wenigen Monaten konnte er seine rechte Hand öffnen und schließen. Aufgrund intensiven Trainings – dreimal pro Woche – ist er mittlerweile in der Lage, auch schwieri­gere alltagsre­le­vante Bewegungen auszuführen, zum Beispiel eine Flasche zu greifen, deren Inhalt in ein Glas zu schütten und mit einem dünnen Stift darin zu rühren. Insgesamt beherrscht er sechs verschie­dene Hand- und Handgelenk­be­we­gungen und kann darüber hinaus jeden Finger einzeln bewegen. Das genügt, um beispiels­weise das Videospiel Guitar Hero zu spielen oder sich einen Telefonhörer ans Ohr zu halten. 

Er habe immer ein gewisses Maß an Hoffnung gehabt, sagt Burkhart. „Aber jetzt weiß ich aus eigener Erfahrung, dass es Fortschritte in Wissenschaft und Technik gibt, die mein Leben besser machen werden.“ Die nächsten Ziele der Wissenschaftler sind, dass NeuroLife künftig auch kabellos funktioniert und dass die Patienten die Technologie nicht wie bisher nur im Labor, sondern einfach auch zu Hause benutzen können.

Forschungs­ko­ope­ra­tion mit Senioren­zen­trum

Vergleich­bare Ziele verfolgen auch Wissenschaftler der Hochschule Rhein-Waal in Kleve. Die von ihnen entwickelten Technolo­gien sollen den Alltag von Menschen mit körperli­chen Beeinträch­ti­gungen erleichtern und deren Lebensqua­lität steigern. Im Blickpunkt ihrer Forschung steht ebenfalls die Kraft der Gedanken, allerdings werden hier nicht Gliedmaßen, sondern Maschinen über Gehirn-Computer-Schnittstellen gesteuert. Auf diese Weise sollen Querschnitts­ge­lähmte mithilfe von Prothesen oder äußeren Stützstruk­turen – sogenannten Exoskeletten – künftig wieder gehen können. 

Bei dem im März dieses Jahres gestarteten und von der EU mit rund 570.000 Euro geförderten Forschungs­pro­jekt BCI@Home wird die Gehirnak­ti­vität von Probanden durch ein Elektroen­ze­pha­lo­gramm (EEG) gemessen und von einer BCI-Software in Echtzeit in Steuerungs­si­gnale umgewandelt. „Bei der Weiterent­wick­lung dieser Technologie planen wir in Kooperation mit einem Senioren­zen­trum eine ganze Reihe von Tests, um so die BCI-Technologie bestmöglich in den Alltag der betroffenen Patienten integrieren zu können. Wir möchten mit diesem Projekt einen Beitrag zu einer besseren Gesundheits­ver­sor­gung im häuslichen Umfeld leisten“, erläutert Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Ivan Volosyak. Mit seinem Team und dem Klever Projektpartner Polyoptics wird er in den kommenden drei Jahren an Lösungsan­sätzen arbeiten, die eine Kommunika­tion zwischen dem menschli­chen Gehirn und einem Computer ermöglichen. 

Geplante Aktionen schon vorher an Hirnsignalen ablesbar

Auch an der Kieler Christian-Albrechts-Universität tüfteln Wissenschaftler an Möglichkeiten, wie sich Maschinen mit Gedanken steuern lassen. Zielgruppen sind aber nicht nur gelähmte Patienten. Für die Forscher ist auch der Einsatz in Sicherheits­sys­temen vorstellbar. „Denn bevor wir beispiels­weise hinter dem Steuer mit dem Auto tatsächlich zum Überholen ansetzen, ist dieser Plan schon an den Hirnsignalen ablesbar“, sagt Prof. Dr.-Ing. Gerhard Schmidt vom Institut für Elektrotechnik und Informati­ons­technik der Technischen Fakultät. Das Auto der Zukunft wisse aber, dass von hinten ein noch viel schnellerer Wagen heranrast. „Künftig kann ein Auto diese geplante Lenkbewe­gung aktiv verhindern und das Lenkrad blockieren.“

Die Kieler Forscher wandeln Hirnsignale in akustische Signale um. „Wir machen bestimmte Gedanken eines menschli­chen Gehirns hörbar“, so Schmidt. Das erleichtere die Auswertung. Dazu haben die Forscher eigens einen Audioraum mit 40 Lautspre­chern in den Wänden eingerichtet. „Dort kann man anhören, was jemand gedacht hat, als er sich beispiels­weise auf das Linksabbiegen mit seinem Auto konzentriert hat“, erklärt der Professor. Mithilfe eines Helms mit darauf montierten Elektroden werden die Hirnsignale der Probanden über die von ihnen erzeugte elektrische Spannung auf der Kopfhaut gemessen und per Software in die entsprechenden Befehle umgewandelt.

TV-Kanal umschalten per Gedanken­kraft

Da sich das Tragen des Helms auf Dauer aber als unangenehm herausge­stellt hat, arbeiten die Wissenschaftler bereits daran, die Gehirnsi­gnale mithilfe kleiner Magnetfeld­sen­soren sichtbar zu machen. „Die haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zum EEG berührungslos messen können“, sagt Schmidt. Dies funktioniere bisher aber nur in abgeschirmten Räumlich­keiten, schließlich bewirke jedes elektrische Gerät Störungen. Doch bei einer Sensorart gebe es mittlerweile große Fortschritte. Schmidt geht deshalb davon aus, dass solche Sensoren bereits in zehn Jahren in Gehirn-Computer-Schnittstellen eingesetzt werden und Patienten dann zum Beispiel das Fernsehpro­gramm mithilfe ihrer Gedanken­kraft wechseln können. Die Forschung und der technische Fortschritt werden es möglich machen.