Einen Computer zu bedienen, geht den meisten Menschen recht leicht von der Hand. Doch wer keine Hände hat oder sie nicht benutzen kann, für den sind Maus und Tastatur ein unüberwindbares Hindernis. Künftig soll der Umgang mit dem PC auch für Behinderte möglich werden – wenn die Steuerung über Gedanken erfolgt.
Technische Geräte nur mit der Kraft der Gedanken bedienen zu können, ist seit langem das Ziel vieler Forschungsteams. Erstmals gelang es in den USA 1976, Gehirnsignale per Computer lesen zu lassen. Geübte Testpersonen schafften es, einen Cursor allein durch Denken zu bewegen (bdw 9/1995, „Bewegende Gedanken”). Die US-Airforce arbeitet an einem Gerät, mit dem Piloten Kampfjets durch Gehirnströme lenken sollen (bdw 1/1995, „Die Kraft der Gedanken”). All diesen Projekten ist gemeinsam, dass die Anwender in einem langen Training lernen müssen, ihre Hirnströme in bestimmter Weise zu kontrollieren. Anders ist das bei einem System, das Berliner Forscher des Fraunhofer-Instituts für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) und des Campus Benjamin Franklin (UCBF) der Charité entwickelt haben.
„Hier lernt der Computer die neurophysiologischen Signale richtig zu interpretieren”, erklärt Prof. Gabriel Curio von der Arbeitsgruppe Neurophysik am UCBF den besonderen Ansatz des Projekts. Das „Brain-Computer-Interface” basiert auf einer charakteristischen Änderung der Gehirnströme, die dem Ausführen einer Bewegung vorausgeht. Dieses so genannte Bereitschaftspotenzial tritt etwa eine halbe Sekunde vor der Bewegung auf und ist mit einer elektrischen Spannung von wenigen Millionstel Volt verbunden. Es weist darauf hin, dass der Mensch beispielsweise eine Bewegung mit dem Zeigefinger plant.
Die Spezialisten für intelligente Datenanalyse am FIRST entwickelten ein Computersystem, das die Hirnströme präzise aufzeichnet und die gesuchten Signale per Software aus dem diffusen Informationsgemisch herausfiltert. Dazu trennen zunächst mathematische Algorithmen Signale aus verschiedenen Bereichen des Gehirns voneinander. „Darüber hinaus untersuchen wir die Struktur der Daten und prüfen mit Methoden des Maschinellen Lernens, wo sie sich unterscheiden”, erklärt Prof. Klaus-Robert Müller vom FIRST. Dabei muss ausnahmsweise mal nicht der Mensch lernen, eine neue Technik zu beherrschen, sondern der Computer lernt, die Gedanken des Menschen zu verstehen und richtig zu deuten. Dazu muss er in der Lage sein, die gemessenen Signale einer bestimmten Bewegung zuzuordnen. Um dem Rechner das beizubringen, stellt sich ein Proband während eines 20-minütigen Trainings vor, die rechte oder linke Hand zu bewegen. Dem entspricht ein spezifisches Muster in der Gehirnaktivität, das der Computer erkennen und in eine Cursor-Bewegung umsetzen kann.
Bislang sind die im Labor verwendeten Gedankenleser kaum alltagstauglich: Den Probanden wird eine Haube aufgesetzt, die mit 128 Sensoren gespickt ist. Sie messen die Gehirnströme und geben diese über einen Wust von Kabeln an den Rechner weiter. Der hat die Aufgabe zu erkennen, welche Bewegung ausgeführt werden soll – und die Aktion umzusetzen. Um die Geräte fit für einen Einsatz im Alltag zu machen, arbeiten die Forscher an einer Art Baseball-Kappe, die ohne Kabel auskommt und ständig getragen werden kann.
Für amputierte und gelähmte Menschen würde die Technik eine enorme Erleichterung bedeuten. Denn so könnten sie Texte am PC verfassen – etwa über eine „mentale Schreibmaschine”: zwei bis vier Gruppen von Buchstaben, aus denen sich Lettern per Gedankenkraft schrittweise auswählen lassen. Außerdem soll die Gedankensteuerung es künftig ermöglichen, Prothesen zu steuern oder bei Querschnittsgelähmten eine Verbindung zwischen Muskeln und Gehirn herzustellen.
Cynthia Mouchbahani
