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StartseiteForschung aktuellGrobe Steuerung per EEG15.03.2012

Grobe Steuerung per EEG

Computer interpretieren Hirnströme

Neurophysiologie. - Patienten, die vollständig gelähmt sind, haben oft nur eine einzige Möglichkeit mit der Umwelt kommunizieren. Über ein EEG, also ein Elektroenzephalogramm. Bislang muss man mühsam das Gehirn nach Computervorgabe trainieren, immer wieder dieselbe Region für einen Befehl zu aktivieren. Künftig - so hieß es auf der Tagung der Deutschen Neurophysiologen in Köln - kann der Computer lernen, wie das Gehirn einen bestimmten Befehl darstellt. Über die Möglichkeiten der Hirnsteuerung berichtet der Wissenschaftsjournalist Michael Lange im Gespräch mit Arndt Reuning.

Michael Lange im Gespräch mit Arndt Reuning

Auch Einsteins Gehirnströme wurden 1950 mit einem EEG vermessen. (AP Archiv)
Auch Einsteins Gehirnströme wurden 1950 mit einem EEG vermessen. (AP Archiv)

Reuning: Herr Lange, was genau bietet diese neue Computertechnik denn gelähmten Patienten?

Lange: Bisher war es tatsächlich so: Ob dieses Verfahren Erfolg hat, liegt hauptsächlich am Patienten, wie gut er sich konzentrieren kann, wie viel Ausdauer er hat; Viele Wochen Training, er musste immer wieder üben, eine bestimmte Region im Gehirn zu aktivieren, um eine bestimmte Aktion auszuführen. Zum Beispiel eine ganz bestimmte Region, die sagt: Der Arm soll sich heben. Und immer wieder trainieren, dass genau die gleiche Hirnregion aktiviert wird. Und dann setzte der Computer das um. Und jetzt soll tatsächlich der Computer lernen und nicht mit der Patient. Der Computer lernt, was gemacht wird.

Reuning: Der Computer erhält weiterhin die Signale vom EEG. Woher weiß der Computer denn, was der Mensch ihm damit sagen will? Das muss er doch irgendwie auch selbst lernen.

Lange: Ja, er braucht eine, allerdings relativ kurze Konfigurationsphase. Der Computer muss den Patienten kennen lernen. Der Patient bekommt seine EEG-Elektroden auf die Kopfhaut gesetzt und muss eine bestimmte Aktion denken: 'Ich hebe den rechten Arm.' Bitte noch mal: 'Ich hebe den rechten Arm', muss der Patient denken, immer wieder. Und der Computer bekommt eingegeben: 'Das ist die Gehirnregion für den rechten Arm.' Insofern legt der Patient fest, mit welcher Hirnregion führt er welche Aktion aus, zum Beispiel auch einen Rollstuhl steuern, eine Prothese bewegen. Und das ist natürlich auch viel vielseitiger und auch viel angenehmer für den Patienten, weil der Computer sich dem Gehirn des Patienten anpasst.

Reuning: Bleiben wir bei den Prothesen. Wie exakt ist eine solche Steuerung denn überhaupt möglich?

Lange: Die ist in der Tat begrenzt, und zwar ist sie immer noch begrenzt, obwohl es in den letzten Jahren da viele Fortschritte im Computerbereich gegeben hat. Ganz einfach deshalb, weil die Elektroden auf dem Gehirn nur bestimmte Signale aufnehmen können. Die sind recht grob. Ich habe darüber heute auf der Konferenz der Neurophysiologie in Köln gesprochen mit Professor Gabriel Curio von der Universitätsklinik Charité in Berlin:

"Was wir sicher trennen können, sind zum Beispiel die Extremitäten rechte und linke Hand, auch rechte Seite Fuß versus rechte Seite Hand. Was nicht gut trennbar ist wenn man die Elektroden auf die Kopfhaut auflegt, sind einzelne Finger. Da liegen die Fehlerquoten zum Beispiel bei ungefähr 30 Prozent."

Lange: Also, wenn aus dem Gehirn der Befehl kommt: 'Finger bewegen.' Dann bewegt sich bei 30 Prozent der Versuche der falsche Finger.

Reuning: Das klingt alles noch nicht recht komplex. Wie kompliziert können diese Signale ausgewertet werden aus dem Gehirn oder aus dem EEG?

Lange: Also man versucht zumindest mehrere Signale - nicht nur 'hoch', 'runter', 'an', 'aus' - zu machen. Zum Beispiel bei einer so genannten mentalen Schreibmaschine. Das hört sich ein bisschen besser an als es ist. Da ist tatsächlich so, dass man versucht, dass das Gehirn Buchstaben erkennt. Das heißt, das Gehirn muss bestimmte Aktivitäten, das heißt, der Computer muss bestimmte Aktivitäten im Gehirn erkennen und kann dann tatsächlich einzelne Buchstaben aus dem Gehirn ablesen.

Reuning: Wie funktioniert das genau? Wie kann ich mir das als Patient genau vorstellen?

Lange: Ja, so einfach ist das auch wieder nicht. Denn man kann nicht einfach an ein Buchstaben denken und schon steht der auf dem Monitor und schon bewegt sich die Tastatur. Nein, so ist es nicht. Es ist so, dass erst einmal die gesamte Summe der Buchstaben, sagen wir mal mit Satzzeichen und so weiter. 40 Stück, vor einem auf dem Monitor sind und dann entscheidet sich der Patient: Linke Hälfte des Monitors; dann hat er noch 20 Buchstaben. Oberes Viertel des Monitors; da hat er nur noch zehn. Und so grenzt er immer weiter ein. Und da dauert es natürlich eine Weile, bis man einen Buchstaben geschrieben hat. Selbst nach einer Weile Training schafft man, na ja, so 210 Zeichen in einer halben Stunde. Ich hab es mal so ausgerechnet. Also für jeden Buchstaben braucht es dann doch so fünf bis zehn Sekunden. Und das bei höchster Konzentration. Das geht nur recht langsam vor sich.

Reuning: Eine langsame Prozedur. Könnte ein Computer auch lernen, welches Signal, oder welches Muster für den Buchstaben A steht und das sofort umsetzen?

Lange: Wenn er das sagen könnte, muss man tatsächlich die Elektroden ins Gehirn einführen, dann reicht es nicht, die Elektroden oben auf der Schädeloberfläche zu haben. Auch darüber habe ich mit Professor Gabriel Curio gesprochen:

"Man kann sich den Unterschied zwischen invasiven und nicht-invasiven Ableitungen beim EEG so vorstellen, als ob man durch eine Glasscheibe oder durch eine Milchglasscheibe schaut. Wir können bestimmte Dinge von außen nicht scharf genug auflösen. Weil einfach letztlich elektrisch ist die Schädeldecke dazwischen, die schwächt die Signale zu sehr ab."

Lange: Das heißt, wenn man genaue Befehle geben will, wie einzelne Buchstaben, vielleicht sogar in Richtungsgedanken, dann muss man tatsächlich in das Gehirn des Patienten rein, und das natürlich bei vielen Krankheiten nicht angebracht, also da könnte man erst genauer lesen im Gehirn.

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