Lampe mit Signatur

US-Forscher arbeiten an einem hochgenauen Leitsystem, das Patienten mit Gehirnschädigungen bei ihrem Klinikaufenthalt helfen soll. Interessant an der Technik, die das Start-up Talking Lights aus Boston entwickelt hat, ist vor allem die Art der Positionsermittelung: Dazu werden ganz normale elektrische Leuchtstoffröhren eingesetzt, die mit einem technischen Trick als eine Art Funkfeuer dienen, das von Sensoren ausgelesen werden kann.

Schwere Hirntraumata, die beispielsweise bei Autounfällen oder Bombenanschlägen in Kriegsgebieten entstehen, können zu vielfältigen kognitiven Problemen führen - etwa im Bereich des abstrakten Denkens, der Merkfähigkeit oder bei der räumlichen Orientierung. Das Talking Lights-Leitsystem sei deshalb "enorm vorteilhaft für jemanden, der eine solche Verletzung erlitten hat", sagt Heechin Chae, medizinischer Direktor des Zentrums für Hirnverletzungen am Spaulding Rehabilitation Hospital in Boston, wo die Technik erprobt wird. Das System wurde dort vor zwei Jahren installiert und wird derzeit von rund 20 Patienten genutzt. Es hilft ihnen nicht nur, ihren Weg durch das Rehabilitationszentrum zu finden, sondern sorgt offenbar auch für Fortschritte in der eigentlichen Rehabilitation - so lernen die Nutzer beispielsweise, optische Hinweise wieder richtig zu deuten und selbstständig durch unbekanntes Terrain zu navigieren.

Die Installation des Leitsystems in einem Gebäude sei ein einfacher und kostengünstiger Prozess, sagt Neil Lupton, Präsident von Talking Lights. Die Leuchten selbst müssen nicht ersetzt werden - es reicht ein neues Vorschaltgerät. Das ist eine elektrische Komponente, die sowieso alle paar Jahre bei Leuchtstoffröhren ausgetauscht werden muss und normalerweise die Strommenge und damit auch die Helligkeit der Lampe reguliert.

Steven Leeb, Professor für Elektrotechnik und Informatik am MIT, der mit Talking Lights arbeitet, baute dieses Vorschaltgerät so um, dass es das Licht aus der Röhre mit einem bestimmten Muster überlagert. So erhält jede Leuchte ihre eigene optische Signatur. Dennoch ist dieses Flackern für das menschliche Auge nicht festzustellen und stört die Besucher nicht. Kostengünstige Optosensoren erkennen es hingegen sofort.

Patienten am Spaulding Hospital, die an dem Feldversuch teilnehmen, tragen eine Weste mit dem optischen Empfänger, der in die Schulter eingenäht wurde. Dieser ist wiederum an einen Palmtop-Rechner angeschlossen, der in der Westentasche steckt. Eine Datenbank mit einer Karte des Gebäudes ist in dem Minicomputer gespeichert - sie enthält alle Leuchten samt ihrer Signaturen. Die Software auf dem Palmtop berechnet aus dem sich am nächsten befindlichen "Funkfeuer" dann die Nutzerposition. Basierend auf dieser und einem vorher im Palmtop abgelegten Ablaufplan spielt das Gerät dann Audiohinweise mit Richtungsangaben ab.

Eine typische Sequenz, die von einer festen Stimme gesprochen wird, hört sich dann beispielsweise so an: "Katie, begebe Dich in den Fitnessraum. Gehe dazu durch diese Doppeltür." Nimmt der Nutzer dann aber den falschen Weg, ertönt sofort eine Korrektur: "Du gehst in die falsche Richtung. Laufe zurück am Fotokopierer vorbei und dann nach rechts." Informationen zu allen festen Gegenständen, die sich in der Nähe jedes Lichts befinden, lassen sich innerhalb eines Tages in eine globale Datenbank eintragen, sagt Daniel Taub, Ingenieur bei Talking Lights.

Das System kann außerdem auf den einzelnen Nutzer abgestimmt werden. Je nach Stadium ihrer Genesung benötigen Patienten mit Hirntraumata weniger Instruktionen. Mancher muss auch daran erinnert werden, einen Schutzhelm aufzuziehen oder sich die Schuhe zu binden. Familienmitglieder können außerdem selbst Stimmaufnahmen machen, damit der Kranke eine vertraute Person hört. Außerdem ist das System auch in Fremdsprachen nutzbar. Während der Benutzung speichert das Gerät den Ablauf - die Daten lassen sich später analysieren, um den Fortschritt jedes Patienten zu verfolgen, wie oft ihm geholfen werden musste und wie viel Zeit er zur Erreichung seines Ziels benötigte.

"Das Gehirn ist ein dynamisches Organ", sagt Chae. "Die Grundlage jeder Rehabilitation ist die ständige Wiederholung von Sprachkommandos und Arbeitsabläufen." Der Mediziner glaubt, dass das Talking Lights-System gleichzeitig helfen kann, dass sich ein Patient wieder an ungewohnte Orte herantraut. Das helfe dann auch außerhalb des Krankenhauses - das Gehirn werde neu trainiert.

Leeb und Lupton hatten bei ihrer Entwicklungsarbeit auch andere Techniken zur Positionsbestimmung erwogen. Doch Systeme wie GPS, einzelne Funksender oder WLAN-Triangulation erwiesen sich als langsamer und weniger genau. GPS funktioniert in Gebäuden nur schlecht und hat mit viel Glück eine Auflösung von unter zehn Metern. Das ist für eine Krankenhausumgebung nicht gerade ideal. Systeme, die den Ort anhand der Stärke der aktuell empfangbaren WLAN-Signale verschiedener Basisstationen ermitteln, benötigen hingegen komplexe Berechnungen, die Zeit und Leistung kosten. Der Patient würde so womöglich aufgehalten und die Batterie des Palmtops überbeansprucht. Die Auflösung des Talking Lights-Systems ist hingegen nur noch vom Abstand der Leuchten abhängig. Eine Beeinflussung der Krankenhaustechnik findet nicht statt, wie dies bei Funksendern der Fall sein könnte.

Dennoch soll die Technik fortentwickelt werden. Talking Lights entwickelt derzeit ein ähnliches System, das sich zusätzlich an ein robustes WLAN-Mesh-Netzwerk anschließen lässt, um Informationen über die aktuelle Position einzelner Patienten an die Krankenhausmitarbeiter zu übermitteln. Schwestern, die Menschen mit Demenzerkrankungen betreuen, könnten dann beispielsweise schnell alarmiert werde, wenn ein Betreuter in einen Bereich wandert, in dem es Stolperrisiken gibt. Den neuen Ansatz will Talking Lights demnächst in einer Alzheimer-Station demonstrieren. Installiert wurde außerdem bereits ein Blindenleitsystem auf Basis der Technik im Bereich der Psychologie-Fakultät der Stanford University.

In den kommenden Jahren will Talking Lights außerdem eine Software entwickeln, die auch auf ganz normalen Smartphones läuft, die dann per Bluetooth mit einem optischen Empfänger verbunden sind. Dieses Headset würde dann die Funkfeuer lesen, die Positionsdaten an das Handy weitergeben und dann die Kommandos direkt in das Ohr des Träger einspielen. (bsc)