Gehirn steuert Computer

24.02.2010 07:30 Uhr Ben Schwan

Die Verbindung von Gehirn und Rechner funktioniert besser als bislang angenommen: Forscher an der University of Washington haben nachgewiesen, dass sich das Gehirn erstaunlich leicht an elektronische Schnittstellen anpasst.

Es dürfte kaum einen netzaffinen Science-Fiction-Fan geben, der William Gibsons erste Cyberpunk-Buchreihe, die "Sprawl Trilogy", nicht kennt: In den zwischen 1984 und 1988 erschienenen Romanen "Neuromancer", "Count Zero" und "Mona Lisa Overdrive" wird eine Art dreidimensionales Internet beschrieben, in das sich die Protagonisten in ihrem Geiste hineinversetzen können. Die Schnittstelle in diese wunderbare wie furchterregende Welt ist dabei ein sogenanntes Brain Interface – man "steckt ein", um direkt per Hirn mit dem Rechner und dem darin abgebildeten Netz verbunden zu werden.

Solche Computer-Gehirn-Schnittstellen existieren inzwischen in zunehmender Komplexität in der Realität: Sie werden beispielsweise genutzt, um Prothesen nach Amputationen oder Lähmungen zu steuern. Neben relativ einfachen Varianten, bei denen Elektroenzephalografie-Geräte (EEGs) die elektrische Aktivität des Gehirns von außen messen, kommen zunehmend auch Implantate zum Einsatz, die über Elektroden die Signale direkt an den Nervenzellen abnehmen. Unklar dabei ist noch vieles. So muss zunächst die richtige Position für die Elektroden gefunden werden, um auch das gewünschte Signal zu erfassen. Außerdem war lange unbekannt, wie adäquat das Gehirn mit solchen Apparaturen überhaupt zusammenarbeitet.

Forscher an der University of Washington haben nun in Testreihen festgestellt, dass zumindest Letzteres erstaunlich gut funktioniert. Bei der Studie [1], die im Februar in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschien, wurde eine Gruppe von Epileptikern untersucht, denen in Vorbereitung einer Operation Elektroden ins Gehirn eingesetzt worden waren. Die Versuchspersonen wurden zunächst gebeten, bestimmte Bewegungen durchzuführen, etwa ihre Arme oder ihren Oberkörper zu heben. Anschließend sollten sie sich den gleichen Bewegungsablauf nur vorstellen. Beide Aktionen ergaben, wie es zu erwarten war, an den Elektroden im passenden Frequenzbereich unterschiedliche Signalqualitäten: Der Ausschlag bei den realen Aktionen war deutlich höher als bei der reinen Vergegenwärtigung. Allerdings blieb es nicht dabei.

Im Anschluss wurden die Probanden an einen Computer gesetzt, der a la "Neuromancer" mit dem Brain Interface in Verbindung stand. Dort löste dann das Signal der reinen Vorstellung einer Bewegung das Fortschreiten eines Cursors aus. Es dauerte keine zehn Minuten, bis die dabei auftretenden Gehirnsignale deutlich stärker wurden – sogar stärker als bei der tatsächlichen Durchführung der Bewegung in der Realität. Es kam sogar noch besser: Weitere zehn Minuten später meldeten zwei der Testpersonen, dass sie den Cursor schon dann bewegen konnten, wenn sie nur daran dachten, ihn zu bewegen. Gedanken an die tatsächliche körperliche Aktion waren gar nicht mehr nötig.

Kai J. Miller, Neurowissenschaftler und Hauptautor der Studie, sieht in dem Phänomen eine Art intensives Gehirntraining am Werk. "Es ist so wie bei Bodybuildern, die größere Muskeln bekommen, als es normal wäre, weil sie Gewichte stemmen." Er spricht von sogenannten "superaktiven" Bereichen von Hirnzellen, die sich über die Computerschnittstelle anregen lassen.

Die hohe Kompatibilität zwischen Hirn und Rechner überraschte die Forscher. Bekannt ist allerdings schon länger, dass das konzentrierte und regelmäßig Vorstellen von Bewegungsabläufen des eigenen Körpers zum Aufbau eines "Muskelgedächtnisses" führen kann, das sich dann in der Realität abrufen lässt. Den University of Washington-Forschern gelang es, die passenden Frequenzen über ihre Elektroden abzugreifen.

Miller und sein Team wollen nun herausfinden, ob es möglich ist, eine Signalauswertung bei der Verbindung von Mensch und Maschine auch mit Hilfe einfacherer Gehirn-Schnittstellen zu erzielen, für die es keine direkten Implantate und Elektroden braucht. EEG-Messgeräte, die man sich einfach über den Kopf stülpt, dürften allerdings derzeit noch zu schwache Impulse liefern, um Erinnerungen an Bewegungen herausfiltern zu können. Doch ohne ein direktes Feedback trainiert das Gehirn eben nicht gut. (bsc [2])

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[1] http://uwnews.org/relatedcontent/2010/February/rc_parentID55693_thisID55694.pdf
[2] mailto:bsc@heise.de