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StartseiteForschung aktuellStirnband zum Gedankenlesen06.12.2016

IR-SensorenStirnband zum Gedankenlesen

Tolle Idee! Was wurde daraus?

Im Februar 2009 berichtete der DLF über ein Stirnband, das die Vorlieben eines Menschen verraten sollte. Gedacht war das Gerät als Kommunikationshilfe für Kinder, die weder sprechen, noch sich bewegen können. Den damaligen Prototyp haben die Forscher weiterentwickelt. In den Alltag der Patienten hat es das Gerät aber noch nicht geschafft.

Von Anneke Meyer

Eine Frau mit einem Stirnband, dass die Gehirnaktivität misst, vor einem Bildschirm (Kids Bloorview Rehab)
Ausgestattet mit Infrarot-Lampen und Sensoren sollte das Stirnband die Hirnaktivität messen. Dadurch sollte es hochgradig gelähmten Kindern ermöglicht werden, einfache Fragen von Eltern oder Pflegern zu beantworten. (Kids Bloorview Rehab)
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Gedankenlesen ist eine hohe Kunst. Das kann Tom Chau, Forscher am Kids Rehab Institute in Toronto, aus eigener Erfahrung bestätigen. Seit vielen Jahren bastelt er an einem Gerät, das Kindern, die sich weder bewegen noch sprechen können, helfen soll, sich mitzuteilen. Ein Sprachrohr für Gedanken, das nicht nur im Labor, sondern auch im Alltag von Familien funktionieren kann:

"Wir wollen Lösungen entwickeln, die Leute tatsächlich zuhause benutzen können. Uns ist es wichtig, dass diese Kinder rauskommen. Sie sollen zuhause am echten Leben teilhaben können, statt in Pflegeeinrichtungen herumzusitzen."

Vor acht Jahren entwickelte der Ingenieur Tom Chau einen Prototyp, der das Potential hatte, diesen Ansprüchen zu genügen: Ein Stirnband, das Licht auf die Vorgänge im Gehirn wirft. Und zwar Infrarotes. Die Strahlung jenseits des sichtbaren Spektrums kann durch den Schädel dringen und die Oberfläche des Hirns beleuchten.

Sensoren, die ebenfalls im Stirnband integriert sind, fangen die vom Gehirn reflektierten Lichtstrahlen auf. Aus ihnen lassen sich Rückschlüsse über den Blutfluss ziehen und damit indirekt auf die neuronale Aktivität. Ein Ansatz, der nicht so genau ist wie andere Verfahren, für eine Heimanwendung aber klare Vorteile hat. Er funktioniert quasi drahtlos, ist leicht anzubringen und viel weniger störanfällig.

Entwicklung hin zu einer Art geistigem Mausklick

Indem sie ihre Gedanken benutzen, um die Hirnaktivität zu verändern, sollten die Kinder einfache Fragen beantworten können. Willst du sitzen oder liegen? Sollen Mutter oder Vater hierbleiben? Tests mit gesunden Probanden zeigten, dass das prinzipiell möglich ist. Anders als damals erhofft, hat es das gedankenlesende Stirnband aber trotzdem noch nicht aus dem Labor herausgeschafft:

"Wir haben wichtige Fortschritte gemacht, aber von einer routinemäßigen Anwendung sind wir noch weit entfernt. Der Prototyp 2008 war für uns so etwas wie ein Startschuss. Damals konnten wir auf eine wirklich einfache Art Vorlieben erkennen. Dieses, nicht jenes. Das ist aber ein Ansatz, der schnell an seine Grenzen stößt."

Kommunikation ist mehr als nur zwischen A und B zu entscheiden. Vielleicht möchte das Kind in Wirklichkeit weder das eine noch das andere.

Damit die Stirnbandträger auch Dinge mitteilen können, nach denen sie nicht gefragt worden sind, haben Tom Chau und sein Team das Funktionsprinzip verändert. Weg von einem Vorlieben-Lesegerät hin zu einer Art geistigem Mausklick.

Ein Effekt ähnlich wie beim Radfahren

Das gibt den Nutzern mehr Flexibilität. Dafür müssen sie aber mühsam lernen, ihre Hirnaktivität gezielt hoch oder runter zu regulieren. Das geht anfangs mithilfe von leichten kognitiven Aufgaben, erklärt Tom Chau:

"Man sieht auf einem Bildschirm das Alphabet. Die Buchstaben werden nacheinander hervorgehoben. Sobald ein Buchstabe aufleuchtet, den man auswählen will, sagt man dem Computer Bescheid, indem man irgendwas macht, das die geistige Aktivität erhöht. Zum Beispiel rechnen, ein Lied im Kopf singen oder buchstabieren."

Gleichzeitig wird auf einem zweiten Bildschirm durch Farbskalen angezeigt, wie sehr sich die Hirnaktivität erhöht oder verringert. Dank dieses "Neurofeedbacks" lernen gesunde Testpersonen innerhalb von zehn Sitzungen ihre Hirnaktivität auch ohne eine abstrakte Aufgabe zu steuern. Sie müssen es nur "wollen". Ein Effekt ähnlich wie beim Radfahren. Wenn man erstmal weiß, wie es geht, wird es unnötig, darüber nachzudenken.

Kinder müssen auf den Gebrauch des Stirnbands vorbereitet werden

Rund Dreiviertel dieser mentalen Fingerzeige werden von dem gedankenlesenden Stirnband richtig erkannt. An die Zuverlässigkeit von Sprache reicht das bei weitem nicht heran. Für jemanden, der keine Möglichkeit hat, anders zu kommunizieren, ist das aber schon ein Fortschritt, der manchen überfordert, meint Tom Chau und erzählt von einer Erfahrung, die er und sein Team erst vor kurzem mit einem jungen Patienten gemacht haben:

"Wir kamen an den Punkt, wo der Junge gelernt hatte, die Veränderung durch seinen Willen herbeizuführen. Aber als er feststellte, 'Wow, ich kann ja mit meinen Gedanken die Farbe des Bildschirms ändern', wurde er sehr aufgeregt. Und das verursachte unkontrollierte Veränderungen in der Hirnaktivität. Dann funktioniert nichts mehr. Für jemanden, der niemals Kontrolle über seine Umwelt hatte, war diese neue Erfahrung einfach überwältigend."

Die Konsequenz ist für Tom Chau klar: Es reicht nicht aus, die Entwicklung der Kommunikationshilfe voranzutreiben. Zusätzlich dazu muss ein Therapiekonzept entwickelt werden, das die Kinder vorbereitet und begleitet. Zwei Studien dazu sind gerade auf den Weg gebracht.

Zeitlicher Rahmen wird angepasst

Bei seinem ersten Prototyp hatte Tom Chau noch gehofft, innerhalb von fünf Jahren, also bis 2014, Kindern eine Stimme zu geben, die von der Kommunikation mit ihrer Umwelt abgeschnitten sind. Sein Ziel hat sich seitdem nicht verändert. Nur den zeitlichen Rahmen, in dem das realistisch ist, hat er angepasst und ist mit Prognosen nun deutlich vorsichtiger:

"Ich bin optimistisch. Wir und andere Arbeitsgruppen haben in den letzten zehn Jahren eine gute Grundlage geschaffen. Je nachdem wieviel Geld wir einwerben können und wie schnell der technische Fortschritt ist, könnten wir in den nächsten zehn Jahren eine praxistaugliche Lösung haben."

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