Montag 18. März 2002, 15:30 Uhr
Computer mit Gedankenkraft steuern
(ExpeditionZone) - Science Fiction wird zunehmend von der Realität eingeholt: US-Medizinern ist es gelungen, einen Computer nur durch Gedankenkraft zu steuern. Ein implantierter Gehirn-Chip diente dabei als Schnittstelle zwischen Hirn und Maschine.
Im Rahmen seiner Promotionsarbeit über Neuro-Rehabilitation an der biomedizinischen Fakultät der Brown University gelang dies Mijail D. Serruya unter Mithilfe des Gehirnforschers John Donoghue, Institutsleiter des neurowissenschaftlichen Labors der Uni.
Mehreren Rhesusäffchen wurden hauchdünne Multi-Elektroden ins motorische Zentrum des Gehirns eingepflanzt und zwar in den Bereich, der unter anderem für die Steuerung der Hände zuständig ist. Ähnliche Elektroden werden bereits vielfach bei Forschungen aber etwa auch an Parkinson Patienten verwendet.
Mit sechs Gehirnzellen verbunden, konnten die Nervenimpulse der so genannten MI-Neuronen über Kabel an einen Computer geleitet werden, der sie in Bewegungen des Mauszeigers umsetzte. Nach einiger Übung waren die Äffchen sogar imstande, den Cursor gezielt zu bewegen.
Gedanken lesen lernen
Diesen beeindruckenden Ergebnissen ging allerdings lange Forschungsarbeit voraus. Das Hauptproblem dabei - nämlich die Gehirnsignale, oder besser gesagt die Neuronenaktivität - auf ihre Bedeutung und Auswirkung hin zu entschlüsseln, erfuhr eine trickreiche Vereinfachung:
Die Äffchen lernten zuerst mit einem Joystick einfache Cursor-Bewegungen am PC-Bildschirm zu steuern, wobei ihre Gehirnaktivität aufgezeichnet wurde. So entstanden Daten, welche Neuronen Sekundenbruchteile vor einer bestimmten Bewegung der Hand "feuerten" und es konnte eine Software entwickelt werden, die diese Nervenimpulse in für den Computer verständliche Signale umwandeln kann.
Sobald die Versuchstiere mit dem "Computerspiel" vertraut waren, wurde der Joystick deaktiviert und während die Hände noch immer den Bewegungsablauf vollzogen, bekam der PC seine Befehle bereits direkt aus dem Affengehirn. Und es funktionierte tatsächlich - die Äffchen "dachten" sich die Handbewegungen auch und der Mauszeiger wurde erfolgreich zu verschiedenen Zielen dirigiert.
Mensch-Maschine Interface
An der idealen - sprich direkten - Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine wird bereits weltweit geforscht und Serruyas wertvoller Beitrag dazu ist nur einer von Vielen. So gelang es bereits vor zwei Jahren, einen 1000 km entfernten Roboterarm via Internet durch Gedankenkraft zu steuern. Dazu war es allerdings noch notwendig, den beiden Nachtaffen 96 solcher Elektroden als Schnittstelle zu implantieren.
Im Vorjahr wurde von NASA-Forschern erfolgreich demonstriert, dass ein Flugzeug ferngelandet werden kann, ohne einen Steuerknüppel zu berühren. Sie wählten als Schnittstelle ein Sensorarmband, das die Nervenimpulse aus den Muskelbewegungungen am Handgelenk und von den Fingern "abliest". Wenngleich es auch hierbei noch ein externes "Gerät" zur Datenübertragung zwischen Mensch und Maschine gibt, ist bei dieser Methode aber keinerlei chirurgischer Eingriff nötig.
Das große Ziel all dieser Forschungen ist es, ein technisches Gerät wie einen Teil des Körpers funktionieren zu lassen. Die technischen Voraussetzungen dafür sind bereits vorhanden, nur noch nicht ausgereift. So hat die US-Behörde "Food and Drug Administration" die von den Brown University Forschern entwickelte "instant-control brain cursor" Technik noch nicht für den Einsatz am Menschen freigegeben, obwohl sie laut den Medizinern und ihrer in "Nature" veröffentlichten Studie dazu tauglich wäre.
Für Rehabilitation und Kampfeinsatz
Die neuronale Kontrolle von Bewegungen oder anders ausgedrückt, die Gedanken-kontrollierte Bewegung, soll zukünftig nämlich vor allem Behinderten, etwa Querschnittsgelähmten, die aktive Ausübung von Tätigkeiten ermöglichen. Wo anfänglich nur durch volle Konzentration eine gezielte Reaktion erreicht wird, würden sich allmählich Automatismen ergeben und nach einem gewissen Lernprozess ließe sich ein PC, eine Maschine oder künstliche Gliedmaßen genauso selbstverständlich steuern, wie man heute beim Gehen ein Bein vor das andere setzt.
Dass natürlich auch das Militär Interesse an diesen Forschungen hat, ist spätestens seit dem Einsatz unbemannter Flugdrohnen klar geworden, die mit einer solchen Technologie natürlich ein wesentlich breiteres Einsatzspektrum und raschere Reaktonszeiten zur Verfügung hätten. Die Forschungsabteilung der US-Verteidigungsministeriums (DARPA) ist deshalb auch Teilfinancier der neurologischen Studien an der Brown University.
Computer mit Gedankenkraft steuern
(ExpeditionZone) - Science Fiction wird zunehmend von der Realität eingeholt: US-Medizinern ist es gelungen, einen Computer nur durch Gedankenkraft zu steuern. Ein implantierter Gehirn-Chip diente dabei als Schnittstelle zwischen Hirn und Maschine.
Im Rahmen seiner Promotionsarbeit über Neuro-Rehabilitation an der biomedizinischen Fakultät der Brown University gelang dies Mijail D. Serruya unter Mithilfe des Gehirnforschers John Donoghue, Institutsleiter des neurowissenschaftlichen Labors der Uni.
Mehreren Rhesusäffchen wurden hauchdünne Multi-Elektroden ins motorische Zentrum des Gehirns eingepflanzt und zwar in den Bereich, der unter anderem für die Steuerung der Hände zuständig ist. Ähnliche Elektroden werden bereits vielfach bei Forschungen aber etwa auch an Parkinson Patienten verwendet.
Mit sechs Gehirnzellen verbunden, konnten die Nervenimpulse der so genannten MI-Neuronen über Kabel an einen Computer geleitet werden, der sie in Bewegungen des Mauszeigers umsetzte. Nach einiger Übung waren die Äffchen sogar imstande, den Cursor gezielt zu bewegen.
Gedanken lesen lernen
Diesen beeindruckenden Ergebnissen ging allerdings lange Forschungsarbeit voraus. Das Hauptproblem dabei - nämlich die Gehirnsignale, oder besser gesagt die Neuronenaktivität - auf ihre Bedeutung und Auswirkung hin zu entschlüsseln, erfuhr eine trickreiche Vereinfachung:
Die Äffchen lernten zuerst mit einem Joystick einfache Cursor-Bewegungen am PC-Bildschirm zu steuern, wobei ihre Gehirnaktivität aufgezeichnet wurde. So entstanden Daten, welche Neuronen Sekundenbruchteile vor einer bestimmten Bewegung der Hand "feuerten" und es konnte eine Software entwickelt werden, die diese Nervenimpulse in für den Computer verständliche Signale umwandeln kann.
Sobald die Versuchstiere mit dem "Computerspiel" vertraut waren, wurde der Joystick deaktiviert und während die Hände noch immer den Bewegungsablauf vollzogen, bekam der PC seine Befehle bereits direkt aus dem Affengehirn. Und es funktionierte tatsächlich - die Äffchen "dachten" sich die Handbewegungen auch und der Mauszeiger wurde erfolgreich zu verschiedenen Zielen dirigiert.
Mensch-Maschine Interface
An der idealen - sprich direkten - Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine wird bereits weltweit geforscht und Serruyas wertvoller Beitrag dazu ist nur einer von Vielen. So gelang es bereits vor zwei Jahren, einen 1000 km entfernten Roboterarm via Internet durch Gedankenkraft zu steuern. Dazu war es allerdings noch notwendig, den beiden Nachtaffen 96 solcher Elektroden als Schnittstelle zu implantieren.
Im Vorjahr wurde von NASA-Forschern erfolgreich demonstriert, dass ein Flugzeug ferngelandet werden kann, ohne einen Steuerknüppel zu berühren. Sie wählten als Schnittstelle ein Sensorarmband, das die Nervenimpulse aus den Muskelbewegungungen am Handgelenk und von den Fingern "abliest". Wenngleich es auch hierbei noch ein externes "Gerät" zur Datenübertragung zwischen Mensch und Maschine gibt, ist bei dieser Methode aber keinerlei chirurgischer Eingriff nötig.
Das große Ziel all dieser Forschungen ist es, ein technisches Gerät wie einen Teil des Körpers funktionieren zu lassen. Die technischen Voraussetzungen dafür sind bereits vorhanden, nur noch nicht ausgereift. So hat die US-Behörde "Food and Drug Administration" die von den Brown University Forschern entwickelte "instant-control brain cursor" Technik noch nicht für den Einsatz am Menschen freigegeben, obwohl sie laut den Medizinern und ihrer in "Nature" veröffentlichten Studie dazu tauglich wäre.
Für Rehabilitation und Kampfeinsatz
Die neuronale Kontrolle von Bewegungen oder anders ausgedrückt, die Gedanken-kontrollierte Bewegung, soll zukünftig nämlich vor allem Behinderten, etwa Querschnittsgelähmten, die aktive Ausübung von Tätigkeiten ermöglichen. Wo anfänglich nur durch volle Konzentration eine gezielte Reaktion erreicht wird, würden sich allmählich Automatismen ergeben und nach einem gewissen Lernprozess ließe sich ein PC, eine Maschine oder künstliche Gliedmaßen genauso selbstverständlich steuern, wie man heute beim Gehen ein Bein vor das andere setzt.
Dass natürlich auch das Militär Interesse an diesen Forschungen hat, ist spätestens seit dem Einsatz unbemannter Flugdrohnen klar geworden, die mit einer solchen Technologie natürlich ein wesentlich breiteres Einsatzspektrum und raschere Reaktonszeiten zur Verfügung hätten. Die Forschungsabteilung der US-Verteidigungsministeriums (DARPA) ist deshalb auch Teilfinancier der neurologischen Studien an der Brown University.
