Gedanken steuern Rollstuhl
An der Uniklinik Bergmannsheil in Bochum arbeiten Forscher an einem System, mit dem Querschnittsgelähmte ihr Fortbewegungsmittel völlig berührungslos kontrollieren können.
(Bild: Photo by Robina Weermeijer on Unsplash)
Endlich wieder gehen können – oder zumindest selbst bewegen: Ein Traum von Hirnforschern ist es seit Langem, direkte Schnittstellen zum Gehirn zu schaffen, mit denen es behinderten Menschen wieder möglich werden könnten, Gliedmaßen zu bewegen, deren Nerven eigentlich durchtrennt sind und keine direkte Verbindung zu den grauen Zellen mehr haben. Am Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikum Bergmannsheil in Bochum hat nun ein Forschungsprojekt demonstriert, dass eine Hirn-Computer-Schnittstelle, auch Brain-Computer-Interface (BCI) genannt, zumindest einen Rollstuhl kontrollieren kann.
Gänzlich kontaktlose Bedienung
Bei dem Projekt, bei dem Neurochirurgen und Informatiker kooperierten, lernten zehn Probanden in einer mehrwöchigen Trainingsphase, ihr Fortbewegungsmittel direkt mit Gedankenkraft zu steuern. Dabei wurden elektrische Impulse des Gehirns über eine EEG-Haube gemessen, es mussten also keine direkt ins Gehirn gepflanzten Elektroden her, wie dies bei bisherigen Projekten üblich war. Dank Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens wurde anschließend ermittelt, welche Gedanken welche EEG-Aktivitäten auslösen.
(Bild: Felix Winkelmann)
Damit konnten Steuersignale für den Rollstuhl – etwa "fahr nach links" oder "fahr nach vorne" – direkt bestimmten Gedanken zugeordnet werden. Den Probanden gelang es nach der Trainingsphase immerhin, einen abgesteckten Parcours abzufahren. Um die Sicherheit zu gewährleisten, waren die Rollstühle jedoch auch noch mit Sensoren und einer Infrarotkamera ausgestattet, die sie über einen Kontrollrechner anhalten können, falls die Steuerung durch den Benutzer misslingt und das Gerät droht, mit einem Hindernis zusammenzustoßen.
Lernen macht's möglich
Das maschinelle Lernen des Systems erfolgte in mehreren Schritten. Anfangs wurden die EEG-Impulse im Ruhezustand gemessen. Dann mussten die Probanden an verschiedene Bewegungsarten denken, etwa die des Fußes.
(Bild: Felix Winkelmann)
Im Gehirn "leuchteten" dann die entsprechenden Regionen auf, was sich elektrisch messen ließ. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Zuständen lässt dann ein Ableiten der Intention zu. Damit das funktioniert, muss allerdings eine längere Trainingsphase her.
Warten auf Marktreife
Marktreif ist ein solches System allerdings erst in Jahren, wie Beobachter glauben. Zudem ist ein Training für jeden Benutzer notwendig, da das Gehirn gegenüber dem BCI stets eigenständig reagiert. An dem Projekt waren neben dem Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikum Bergmannsheil auch weitere Partner in einer internationalen Arbeitsgruppe beteiligt, zu der die Technische Hochschule Lausanne (EPFL) und der CNBI – Defitech Chair in Brain-Machine Interface gehörten.
(Bild: Photo by Robina Weermeijer on Unsplash)
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"Wir haben bereits vor Jahren damit begonnen, den therapeutischen Nutzen des HAL-Exoskeletts für die Rehabilitation querschnittgelähmter Menschen zu erforschen. Dank der Kooperation mit der Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) können wir mit dem Brain-Computer-Interface-Projekt jetzt ein weiteres hochspannendes Forschungsfeld erschließen, das künftig die Medizin revolutionieren wird", glaubt Thomas A. Schildhauer, Ärztlicher Direktor des Bergmannsheils und Direktor der dortigen Chirurgischen Klinik.
(bsc)
