Milch oder Cola, Bier oder Energydrink, Limonade oder Kaffee. Jeder hat hier seine persönlichen Vorlieben und greift ohne langes Nachdenken zum Glas mit dem richtigen Inhalt. Vielen Kindern am Bloorview Kids Rehab Institut in Toronto ist das nicht möglich. Sie leiden an Muskelschwund, Lähmungen, schweren Hirnverletzungen, Epilepsie oder anderen Behinderungen. Diese jungen Menschen können sich zum Teil gar nicht mehr mit ihren Eltern und Pflegern verständigen. An der größten kanadischen Rehabilitationsklinik sucht Dr. Tom Chau für sie nach neuen Kommunikationswegen. Er will direkt in ihren Kopf blicken, ihre Wünsche und Gedanken vermessen. Eine mögliche Technik hat er jetzt erstmals an Studenten erprobt, ein Stirnband mit Infrarotlampen und Sensoren.
"Hinter der Stirn liegt eine Gehirnregion, der präfrontale Cortex. Sie ist an Entscheidungen beteiligt, drückt Vorlieben aus. Wir setzen Lichtleiter direkt auf den Kopf und leuchten durch die Haut und den Knochen bis zur Oberfläche des Gehirns. Ein Teil des Lichts wird reflektiert, ein Teil wird absorbiert. Das hängt vom Blutfluss im Gewebe ab. Vereinfacht gesagt: Je mehr Blut fließt, desto größer ist unser Signal."
Und der Blutfluss reagiert letztlich auf die Nervenaktivität im Gehirn. Verglichen mit anderen Wegen zur Messung der Gehirntätigkeit ist das Stirnband flexibel und leicht anzuwenden, nur die Kabel und Lichtleiter schränken die Bewegung der Versuchspersonen etwas ein. Auf einem Bildschirm wurden ihnen nacheinander zwei Getränke wie Cola, Bier oder Milch gezeigt, anschließend sollten sie angeben, welches sie lieber trinken würden. Nach dem praktischen Teil des Experiments analysierte Tom Chau die Daten im Computer. Dabei zeigte sich: jeder denkt anders. Mal war die eine Hirnhälfte wichtiger, mal die andere, die einen reagierten auf ihr Lieblingsgetränk mit hoher Aktivität, bei anderen bestimmten eher die Abneigungen das Bild. Wenn sich das Computerprogramm aber erst einmal auf die Einzelperson eingestellt hatte, konnte es deren Getränkewünsche recht gut aus den Signalen ableiten.
"Wir lagen zu 80 Prozent richtig, das ist ein großer Schritt voran. Bedenken Sie, unsere Versuchspersonen mussten nichts Besonderes machen und es funktioniert bei einer einzigen Messung. Bei anderen Verfahren werden viele Versuche zusammengenommen, um ein Ergebnis zu bekommen. Wir zeigen die beiden Getränke einmal und mit diesen Daten können wir sagen, was sie lieber möchten."
Das ist wirklich ein entscheidender Vorteil, die Versuchspersonen mussten für die Gehirn-Maschine-Kommunikation nicht aufwändig trainiert werden und schon aus einer Einzelmessung ließen sich vernünftige Hinweise ableiten. Auf der anderen Seite liegt die Ratewahrscheinlichkeit bei der Wahl zwischen zwei Getränken schon bei 50 Prozent, da ist die Steigerung auf 80 Prozent zwar ein Fortschritt, aber sicher noch kein Durchbruch. Das gilt umso mehr, als dass das Stirnband in Zukunft ja nicht in erster Linie die Wahl zwischen Cola und Apfelschorle erleichtern soll.
"Unser Ziel ist es, Kindern und Jugendlichen mit schweren Behinderungen eine Möglichkeit zu geben, sich verständlich zu machen. Zumindest sollen sie vermitteln können, wie sie gepflegt werden wollen."
Soll der Vater oder die Mutter dableiben? Ist dieser Rollstuhl bequemer oder der andere? In drei bis fünf Jahren möchte Tom Chau einen Prototyp fertig stellen, der es den Kindern erlaubt, solche Fragen einfach per Gedanken zu beantworten. Dabei ist dem Forscher klar, dass er mit dem Infrarotblick ins Gehirn nicht wirklich den konkreten Inhalt von Gedanken ablesen kann. Aber er ist überzeugt, dass eine Kombination von Methoden eine sinnvolle Kommunikation über wichtige Aspekte dieser Gedanken ermöglichen wird.
"Zum Beispiel könnte ich parallel auch die Temperatur des Gesichts messen. Wenn das Infrarotsystem eine falsche Antwort aus den Gedanken ableitet, dann werde ich unzufrieden, und das zeigt sich in der Hauttemperatur. Dann weiß der Computer, dass er einen Fehler gemacht hat, dass er die Wünsche der Person nicht verstanden hat, und kann die Frage noch einmal stellen."
"Hinter der Stirn liegt eine Gehirnregion, der präfrontale Cortex. Sie ist an Entscheidungen beteiligt, drückt Vorlieben aus. Wir setzen Lichtleiter direkt auf den Kopf und leuchten durch die Haut und den Knochen bis zur Oberfläche des Gehirns. Ein Teil des Lichts wird reflektiert, ein Teil wird absorbiert. Das hängt vom Blutfluss im Gewebe ab. Vereinfacht gesagt: Je mehr Blut fließt, desto größer ist unser Signal."
Und der Blutfluss reagiert letztlich auf die Nervenaktivität im Gehirn. Verglichen mit anderen Wegen zur Messung der Gehirntätigkeit ist das Stirnband flexibel und leicht anzuwenden, nur die Kabel und Lichtleiter schränken die Bewegung der Versuchspersonen etwas ein. Auf einem Bildschirm wurden ihnen nacheinander zwei Getränke wie Cola, Bier oder Milch gezeigt, anschließend sollten sie angeben, welches sie lieber trinken würden. Nach dem praktischen Teil des Experiments analysierte Tom Chau die Daten im Computer. Dabei zeigte sich: jeder denkt anders. Mal war die eine Hirnhälfte wichtiger, mal die andere, die einen reagierten auf ihr Lieblingsgetränk mit hoher Aktivität, bei anderen bestimmten eher die Abneigungen das Bild. Wenn sich das Computerprogramm aber erst einmal auf die Einzelperson eingestellt hatte, konnte es deren Getränkewünsche recht gut aus den Signalen ableiten.
"Wir lagen zu 80 Prozent richtig, das ist ein großer Schritt voran. Bedenken Sie, unsere Versuchspersonen mussten nichts Besonderes machen und es funktioniert bei einer einzigen Messung. Bei anderen Verfahren werden viele Versuche zusammengenommen, um ein Ergebnis zu bekommen. Wir zeigen die beiden Getränke einmal und mit diesen Daten können wir sagen, was sie lieber möchten."
Das ist wirklich ein entscheidender Vorteil, die Versuchspersonen mussten für die Gehirn-Maschine-Kommunikation nicht aufwändig trainiert werden und schon aus einer Einzelmessung ließen sich vernünftige Hinweise ableiten. Auf der anderen Seite liegt die Ratewahrscheinlichkeit bei der Wahl zwischen zwei Getränken schon bei 50 Prozent, da ist die Steigerung auf 80 Prozent zwar ein Fortschritt, aber sicher noch kein Durchbruch. Das gilt umso mehr, als dass das Stirnband in Zukunft ja nicht in erster Linie die Wahl zwischen Cola und Apfelschorle erleichtern soll.
"Unser Ziel ist es, Kindern und Jugendlichen mit schweren Behinderungen eine Möglichkeit zu geben, sich verständlich zu machen. Zumindest sollen sie vermitteln können, wie sie gepflegt werden wollen."
Soll der Vater oder die Mutter dableiben? Ist dieser Rollstuhl bequemer oder der andere? In drei bis fünf Jahren möchte Tom Chau einen Prototyp fertig stellen, der es den Kindern erlaubt, solche Fragen einfach per Gedanken zu beantworten. Dabei ist dem Forscher klar, dass er mit dem Infrarotblick ins Gehirn nicht wirklich den konkreten Inhalt von Gedanken ablesen kann. Aber er ist überzeugt, dass eine Kombination von Methoden eine sinnvolle Kommunikation über wichtige Aspekte dieser Gedanken ermöglichen wird.
"Zum Beispiel könnte ich parallel auch die Temperatur des Gesichts messen. Wenn das Infrarotsystem eine falsche Antwort aus den Gedanken ableitet, dann werde ich unzufrieden, und das zeigt sich in der Hauttemperatur. Dann weiß der Computer, dass er einen Fehler gemacht hat, dass er die Wünsche der Person nicht verstanden hat, und kann die Frage noch einmal stellen."