Ärzte Zeitung, 21.01.2011

Steuert die Gedankenkraft bald Maschinen?

Interdisziplinäre Teams aus Ärzten und Ingenieuren haben bei der Entwicklung von Brain-ComputerInterfaces erstaunliche Fortschritte gemacht. Jetzt sollen die Lösungen präziser und alltagstauglicher werden.

Von Philipp Grätzel von Grätz

Steuert die Gedankenkraft bald Maschinen?

Noch ist die Tür verschlossen - in Zukunft könnte ein gedankengesteuerter Roboter sie öffnen.

© Ilan Amith/Fotolia.com

LEIPZIG. Das kann nicht jeder von sich behaupten: Professor Gabriel Curio aus Berlin hat Patienten mit Tetraplegie einen neuen Kommunikationskanal eröffnet.

Er ist einer der Pioniere der so genannten mentalen Schreibmaschine, einer "Krücke" für hoch querschnittgelähmte Patienten, die es ihnen ermöglicht, einen Cursor auf einem Bildschirm allein mit ihren Gedanken zu steuern und damit - unter anderem - Texte zu schreiben.

Die Patienten stellen sich Handbewegungen vor

Das viel beschriebene Prinzip, das mittlerweile in Serienproduktion gegangen ist, besteht in einer möglichst engmaschigen Erfassung des Oberflächen-EEGs mit einem Elektrodennetz, das optisch an eine Badekappe erinnert.

Die Patienten stellen sich bestimmte Hand- oder Fußbewegungen vor. Das führt zu einer Veränderung des EEG-Signals. Mit leistungsfähigen Algorithmen wird das Hintergrundrauschen weggerechnet. Was bleibt, ist ein gereinigtes Signal, das die Intention des Patienten mit hoher Treffsicherheit wiedergibt.

Faszinierend daran ist unter anderem, dass die Patienten nicht üben müssen. Sie stellen sich einfach Bewegungen vor, und der Algorithmus macht den Rest.

Curio stellte bei der Arbeitstagung Neurologische Intensivmedizin (ANIM 2011) in Leipzig Konzepte zur Weiterentwicklung der mentalen Schreibmaschine und Möglichkeiten für den Übergang zu einer echten Prothesensteuerung vor. Für Prothesen ist - im Gegensatz zur mentalen Schreibmaschine - eine Steuerung im dreidimensionalen Raum nötig.

Bei der "einfachen" mentalen Schreibmaschine könnte der Übergang auf trockene Elektroden die Anwendbarkeit im Alltag deutlich verbessern. "Bei den derzeitigen Systemen müssen sich die Patienten aufgrund der eingesetzten Gelmengen letztlich nach jedem Gebrauch die Haare waschen", so Curio.

"Das ist sicher nicht ideal." Trockene Elektroden haben allerdings das Problem, dass sie stark angedrückt werden müssen. Das werde von fast niemandem längere Zeit toleriert.

Curio verspricht sich deswegen viel von kontaktlosen trockenen Elektroden, die in einer Art Helm untergebracht werden.

Es gebe einen Probanden, der mit einem Prototyphelm bereits ein Modellauto ferngesteuert habe. Das heißt: Für die Steuerung von Rollstühlen könnten Elektrodenhelme prinzipiell geeignet sein - komplett ohne Gel.

Schwieriger ist es, das optische Erscheinungsbild zu verbessern. Wer weder mit einer "Badekappe" noch mit einem Helm leben möchte, dem könnten künftig ultraleichte Mikroelektroden helfen.

Sie haften mit einem kleinen Geltropfen an der Kopfhaut und bleiben - bei Haarwuchs praktisch unsichtbar - in Position, weil sie zu leicht sind, um einfach abzufallen.

Das Elektrocorticogramm erlaubt Fingerbewegungen

Klar scheint mittlerweile, dass das so komfortable Oberflächen-EEG bei der Präzision der Steuerung an Grenzen stößt, die sich auch mit besseren Algorithmen und mehr Elektroden nicht viel weiter werden hinausschieben lassen.

Schon wenn der Proband oder Patient sich nicht mehr nur Bewegungen der rechten oder linken Hand vorstellen soll, sondern einzelne Fingerbewegungen, lässt die Treffsicherheit der mentalen Schreibmaschine stark nach.

Besser geeignet für das Ziel "Fingerbewegung" ist das Elektrocorticogramm, eine EEG-Variante, die unterhalb der Schädelkalotte direkt auf der Hirnoberfläche aufgezeichnet wird.

Weil der dämpfende Schädelknochen wegfällt, können bei diesem Ansatz mit einer 64-Kanal-Aufzeichnung imaginierte Bewegungen des dritten und fünften Fingers derselben Hand schon am ersten Tag der Nutzung sicher differenziert werden.

Nötig ist dafür allerdings die operative Öffnung der Schädelkalotte, nicht aber eine direkte Manipulationen am Gehirn.

Ins Gehirn hinein gehen Brain-Computer-Interfaces, die mit Mikroelektroden arbeiten und damit Signale auf einzelnen Nervenzellen abgreifen können. Diese Signale erlauben dann eine sehr präzise Steuerung.

In den Medien viel beachtete Großtierversuche mit Handprothesen legen nahe, dass mit solchen Elektroden auch beim Menschen tatsächlich ein Roboterarm gesteuert werden könnte.

Dass der Ansatz nicht ohne Risiken ist, liegt auf der Hand: "Zu den Gefahren gehören Blutungen, Entzündungen, Narbenbildung und fokale Epilepsien", sagte Curio.

Für vorstellbar hält er, dass in Zukunft unterschiedliche Interface-Varianten nebeneinander existieren, die dann nach den Bedürfnissen des Patienten und individuellen Nutzen-RisikoErwägungen ausgewählt werden.

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