Gedanken steuern Bewegungen
TrendBewegen per Gedanken

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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.