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StartseiteComputer und KommunikationVom Herzschrittmacher zum Cyborg22.02.2014

ImplantationVom Herzschrittmacher zum Cyborg

Mit dystopischen Science-Fiction-Visionen hat die aktuelle Cyborg-Forschung wenig zu tun. Den Forschern geht es um die Verbesserung von Lebensqualität, etwa durch Herzschrittmacher oder andere Implantate. Den Forschern ist eine öffentliche Debatte wichtig - auch um der Nähe zum Militär zu entkommen.

Von Peter Welchering

Forscher um Evgeny Katz haben Bio-Brennstoffzellen in Schnecken implantiert (Clarkson University)
Auch diese Schnecke ist ein Cyborg - Forscher haben ihr Brennstoffzellen implantiert (Clarkson University)
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Weiterführende Information

cybernetic organism - Hochleistungssoldaten oder Prothesen (Deutschlandfunk, Computer und Kommunikation, 22.02.2014)

Zwitter aus Mensch und Maschine (Deutschlandfunk, Corso, 12.11.2013)

Christof Niemeyer: "Cyborg müsste man zunächst einmal technisch definieren. Technisch gesehen, von seiner ursprünglichen Definition her gesehen, ist es einfach ein Lebewesen, was durch ein technisches Teil aufgerüstet worden ist, also eine verbesserte Funktion hat. Das kommt ursprünglich aus der Aeronautik. Und da hatte man sich überlegt, dass eben, wenn Leute im Weltall überleben wollen, dann brauchen sie eben entsprechende Ersatzteile, die so in Menschen nicht vorhanden sind und daneben die Chance haben, im Weltall zu überleben. Das heißt, von der technischen Definition her ist ein Lebewesen, das ein dauerhaftes technisches Gerät mit sich trägt, das am besten implantiert ist, und damit die Funktionsfähigkeit verbessert - dieses organischen Lebewesens - bereits ein Cyborg."

Manfred Kloiber: "Sagt Professor Christof Niemeyer vom Karlsruhe Institute of Technology. Er hat kürzlich zusammen mit zwei Mitarbeitern einen Artikel über die „Chemie der Cyborgs“ veröffentlich. Und der hat prompt für heftige Diskussionen gesorgt. Denn Cyborgs, diese Menschen mit implantierten Systemen, die sie weit springen lassen, die sie riesige Lasten tragen lassen, die kennen wir ja nicht nur aus diversen Science-Fiction-Romanen, sondern auch aus dem Anforderungskatalog des Militärs. Arbeiten die Karlsruher Forscher an solchen technischen Systemen, die sie Menschen implantieren, Peter Welchering?"

Peter Welchering: "Der Titel des Aufsatzes legt das tatsächlich nahe. "Chemie der Cyborgs", das klingt reißerisch, aber so reißerisch ist das nicht. Ich habe auch in den Labors des KIT keine Frankensteins und Verwandte gesehen. Professor Niemeyer uns seinem Team ging es mit diesem Übersichtsartikel in erster Linie darum, eine Art Bestandsaufnahme zu machen: Wo werden denn schon technische Systeme mit lebendigen Organismen verknüpft? Und ihre Antworten nehmen dem Thema da das Reißerische. Seit den 60er-Jahren kennen wir etwa ein enorm erfolgreiches Implantat, das genau eine solche Verknüpfung ist: den Herzschrittmacher. Und die Forscher fragen sich: Wohin soll die Forschung gehen. Da wollen sie eine breite öffentliche Debatte. Damit wollen sie die Cyborg-Forschung aus der Science-Fiction-Ecke und aus der Militär-Ecke herauslösen. Es geht dabei ganz zentral um Informationsverarbeitung, um Signalverarbeitung und um Schnittstellen zwischen technischen und biologischen Systemen, die hier gut funktionieren."

Kloiber: "Es geht also um elektronische Implantate und auch ein Stück weit um deren Abgrenzung von rein militärischen Verwendungsmodellen. Das ist der Stand der Forschung:"

Signale im Körper

Elektronische Implantate haben sich in der Medizin fest etabliert. Herzschrittmacher, Hörimplantate, Hirn-Tiefen-Stimulation in der Parkinson-Therapie oder Netzhautimplantate sind Beispiele für den erfolgreichen Einsatz. Doch die Karlsruher Forscher denken an Prothesen mit enorm aufwendiger Informationsverarbeitung. Dr. Bastian Rapp vom Institut für Mikrostrukturtechnologie in Karlsruhe gibt ein Beispiel.

Bastian Rapp: "Wenn man sieht, dass eine Frau, die ihre Arme und Beine nicht mehr bewegen kann, mit einem Elektroden-Array verbunden wurde, das ist ein aus Ingenieurssicht sehr interessantes Bauteil, ein Set verschiedener Elektroden, die direkt in den Motor-Kortex des Gehirns eingesetzt wurden, über die Aufnahme dieser Signale und die numerische Verarbeitung weitergeleitet an einen Roboter, dass diese Frau wieder in der Lage ist, sich selber Kaffee zuzubereiten und den Kaffee zu trinken, indem sie quasi über ihre Gedanken diese robotische Montur um sich herum steuert, dann muss ich ganz ehrlich sagen, das sind für mich die Dinge, von denen ich denke, die motivieren und die können einen auch begeistern für dieses Forschungsfeld."

Um solche extrem aufwendigen Prothesen und Implantate bauen zu können, müssen die Forscher die Signalverarbeitung in biologischen Systemen noch sehr viel besser verstehen. Gegenwärtig sind etliche Fragen offen, wie die komplexen Signale des menschlichen Gehirns in einfache Kommandos für implantierte technische Systeme umgesetzt werden können. Professor Christof Niemeyer.

Christof Niemeyer: "Letztlich ist das nichts anderes als Informationsverarbeitung. Das Nervensystem arbeitet mit elektrischen Impulsen, die weitergeleitet werden. Das ist in biologischen Systemen, also im Organismus, im Gehirn beispielsweise, da ist das perfektioniert. Da werden einzelne Signale empfangen, das können minimale Änderungen einer chemischen Struktur sein, die werden übersetzt in elektrische Impulse und die werden weitergeleitet, zum Teil verstärkt, verzweigt und daraus resultieren dann logische Schaltungen sozusagen. Wir sind weit davon entfernt, diese Logik zu verstehen, geschweige denn in diese Logik einzugreifen und dies wirklich zum Teil durch leichte Umprogrammierung zu nutzen, um beispielsweise einer Behinderung entgegenzuwirken."

Vor allen Dingen für die medizinischen Anwendungen interessieren sich die Karlsruher Forscher. Dabei ist ihnen aber durchaus bewusst, dass sich auch Militärs für ihre Ergebnisse interessieren. Sie versprechen sich von Implantaten und Prothesen eine wesentliche Verbesserung der Kampfkraft ihrer Soldaten. Hier muss man allerdings genau unterscheiden, meint Professor Niemeyer.

Christof Niemeyer: "Es ist jetzt von einer japanischen Firma ein Anzug entwickelt worden, der also Motoren enthält, die es ermöglichen, eben ausgefallene Muskel komplett zu ersetzen. Und der wird gesteuert durch elektrische Impulse, die von der Haut abgegriffen werden. Das funktioniert jetzt nicht sehr fein, aber es funktioniert. Letztendlich steuert das Gehirn durch Körperreaktion eine Motorik. Das würde man aber streng genommen nicht als Cyborg definieren, sondern das ist eine normale Prothese, mit der man eben körperlich körperliche Fehlfunktionen entsprechend unterstützen kann. Das ist eigentlich Robotik. Solche Roboter gibt es heutzutage auch schon."

Auf Zellebene

Das Forschungsinteresse der Karlsruher Forscher gilt aber nicht neuen Robotik-Anwendungen, sondern der Informationsverarbeitung auf der Ebene einzelner Zellen. Professor Niemeyer.

Christof Niemeyer: "Jede Zelle funktioniert letztendlich auch wie ein Computer, das heißt, es gibt ganz viele Eingangssignale, die beispielsweise chemische Stoffe sein können, die elektrische Reize sein können, die Gestalt der Umgebung sein kann. Und darauf reagiert dieses logische Netzwerk in der Zelle auf eine bestimmte Art und Weise. Und viele dieser internen, dieser intrazellulären Reaktionen sind gar nicht bekannt. Also das doch ein sehr langer Weg, den wir gehen müssen."

Ob dann am Ende dieser Forschungen eine Armprothese mit schneller Signalverarbeitung für Menschen steht, die einen Arm verloren haben, oder eine Robotersteuerung für militärische Einsatzzwecke, das kann heute noch niemand absehen. Nur eines ist klar: Die Ära der Cyborgs hat längst begonnen. Und zwar mit der Integration von klassischer Datenverarbeitung in neuronale biologische Netzwerke. Professor Niemeyer bringt das so auf den Punkt.

Christof Niemeyer: "Das ist sehr viel Informatik und klassische Mustererkennung, die zum Teil durch informatische Algorithmen gelöst werden, zum Teil aber eben auch biologisch durch Neuverschaltung von Neuronenbahnen, dass das Gehirn sich plastisch anpassen kann an die neue Herausforderung, also praktisch ein normaler Lernprozess, so wie sie ihn auch bei allen anderen Lernprozessen haben."

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