Ärzte Zeitung online, 02.02.2010

Neuartiger Brain-Computer Interface nutzt die Kraft der Konzentration

HAMBURG (eb). Einfach durch Gedanken Türen öffnen, das Fernsehprogramm umschalten oder Nachrichten schreiben - darauf müssen wir wohl noch einige Jahre warten. Einen Schritt in diese Richtung macht jetzt ein deutsch-chinesisches Forscherteam der Universität Hamburg und der Tsinghua Universität in Peking mit dem neuartigen Brain-Computer Interface.

Neuartigen Brain-Computer Interface nutzt die Kraft der Konzentration

Ein deutsch-chinesisches Forscherteam arbeitet an einem Programm, dass Gehirn und PC vernetzen soll. © Nikolai Sorokin / fotolia.com

Weltweit arbeiten Wissenschaftler an solchen Brain-Computer Interfaces (BCI), um Informationen aus den Hirnsignalen zu gewinnen und zur Steuerung eines Computers oder anderer Geräte zu benutzen. Forschungen an BCI-Systemen verfolgen verschiedene Ziele: Unter anderem sollen Patienten, die ihre Bewegungs- und Kommunikationsmöglichkeiten verloren haben, etwa nach Schlaganfall oder hoher Querschnittslähmung, wieder am Alltagsleben teilnehmen können.

Die Idee dabei ist, dass Patienten mental Aufgaben nachgehen, zum Beispiel sich Handbewegungen vorstellen, oder Darstellungen auf einem Bildschirm betrachten. Dabei werden Signale des Gehirns fortlaufend analysiert, klassifiziert und dann beispielsweise zum Aufruf eines E-Mail-Programms, zur Auswahl von Buchstaben oder Wörtern oder zur Steuerung eines Rollstuhls benutzt.

Bei dem neuen System werden die schwachen, elektrischen Signale des Gehirns auf der Kopfoberfläche gemessen, während der Benutzer zwei sich überlagernde, verschiedenfarbige Punktwolken auf einem herkömmlichen Computermonitor beobachtet. Ein komplexes Computerprogramm analysiert die Hirnsignale und erkennt, auf welche der beiden Punktwolken sich der Benutzer gerade konzentriert, oder ob er sich im Ruhezustand befindet.

In einer Beispielanwendung kann ein Patient das System nutzen, um eines der Wörter "warm", "kalt", "Hunger" oder "Alarm" auszuwählen. Einige der gesunden Versuchspersonen, an denen das System getestet wurde, erreichten Erkennungsgenauigkeiten von 100 Prozent.

Das Funktionsprinzip des Systems sei schon einige Zeit bekannt, sagt Dr. Dan Zhang von der Tsinghua Universität in Peking. Die bisherigen Systeme waren davon abhängig, dass der Patient seine Blickrichtung ändern konnte. Durch die überlagerte Darstellung der Punktwolken und die neue Methode zur Erkennung, auf welche Punkte sich der Anwender gerade konzentriert, ist das nicht mehr notwendig, so Zhang (J. Neural Eng. 7, 2010, 11).

Dr. Alexander Maye von der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg ergänzt, dass somit auch Patienten, deren Bewegungsunfähigkeit soweit eingeschränkt ist, dass sie auch die Augen nicht mehr bewegen können, das neue Interface benutzen können. Das System kann aber ebenso durch gesunde Anwender eingesetzt werden, etwa bei Computerspielen oder zur Steuerung von Spielzeugrobotern. Es könnte in den nächsten Jahren ein Boom solcher Heimanwendungen einsetzen, so Maye.

Abstract der Studie "An independent brain-computer interface using covert non-spatial visual selective attention"

Weitere Infos zum Graduiertenkolleg zur Cross-modalen Interaktion in natürlichen und künstlichen Systemen

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