Brain-Computer-Interface

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Gehirn-Strom
Ein einziger Gedanke löst im Gehirn ein Feuerwerk elektrischer Signale aus. Auf diese Weise „unterhalten“ sich die Nervenzellen (Neuronen) miteinander. Besonders viele Neuronen sitzen in der Großhirnrinde – der äußersten Schicht des Gehirns mit zahlreichen Furchen und Falten. Das EEG (Elektroenzephalografie) „belauscht“ die Gespräche der Neuronen. Ein leistungsstarker Computer ist in der Lage, Muster in den Signalen zu erkennen und diese bestimmten Hirnfunktionen zuzuordnen.

Nachrichten aus dem Gehirn
Beim EEG werden Metallplättchen (Elektroden) auf der Kopfhaut angebracht. Sie messen die elektrische Aktivität der Nervenzellen. Aus diesen Daten entsteht die so genannte Hirnstromkurve, die aus schnellen und langsamen Gehirnwellen besteht.

Revolution der Hirnforschung
Vor ca. 80 Jahren revolutionierte das EEG die Hirnforschung. Erstmals war es möglich, das lebende Gehirn ohne Operation zu untersuchen. In der Medizin dient das EEG heute u. a. zur Erkennung von Hirnverletzungen und -tumoren, von Epilepsie, Hirntod, Koma- und Narkosetiefe und zur Untersuchung des Schlafs.

Computer steuern durch die Kraft der Gedanken?
Das so genannte „Brain-Computer-Interface“ leitet Informationen vom Gehirn an den Computer weiter. Als Verbindung dient meist eine EEG-Haube. Direkt ins Hirn eingepflanzt ermöglichen Elektroden z. B. körperlich schwer eingeschränkten Personen eine leichtere Kommunikation oder die Bedienung eines Computers. Aktuell beschäftigt sich die Forschung damit, Gedanken und Träume mittels EEG sichtbar zu machen.

Feuerwerk der Konzentration
Unser Gehirn verarbeitet täglich Millionen von Bildern. Dabei senden die Nervenzellen im Gehirn unterschiedlichste Signale aus. Sobald wir uns auf etwas konzentrieren, etwa auf ein regelmäßig blinkendes Licht, ändern sich diese Signale drastisch: Sie übernehmen den Rhythmus des blinkenden Lichts. Das bezeichnet man als SSVEP Steady State Visual Evoked Potential. Dieser Begriff bezeichnet ein durch einen gleichbleibenden visuellen Eindruck ausgelöstes Gehirnsignal. In der Hirnstromkurve ist es besonders auffällig.

Die Robotersteuerung macht sich SSVEP zunutze. Auf einer Fernsteuerung blinkt jede Richtungstaste in einer anderen Geschwindigkeit, in unterschiedlichen Intervallen. Konzentrieren wir uns auf eine der Richtungen, „blinken“ die Signale unserer Nervenzellen im selben Muster wie das Licht. Der Computer erkennt daran, welche Richtung wir gemeint haben und führt die Bewegung mit dem Roboter aus.

Schreiben Sie einen Brief nur durch die Kraft der Gedanken!
Möglich wird dies durch die so genannte P300-Welle. Tritt ein Ereignis ein, das wir bereits erwartet haben, geht dies an unserem Gehirn nicht spurlos vorüber: Neuronen in unserer Großhirnrinde lösen dann ein Signalfeuerwerk aus, das im EEG als Welle abgebildet wird. P300 tritt etwa 300 Millisekunden nach dem erwarteten Ereignis auf.

Der Computer, der Gedanken liest?
Denken Sie zunächst an ein Wort, z. B. ARS. Danach zeigt Ihnen der Computer einzelne Buchstaben. Entdecken Sie ein A, so feuern die Neuronen in Ihrem Gehirn. Etwa 300 Millisekunden später tritt die P300-Welle auf. So geht es weiter mit allen Buchstaben des Wortes. Der Computer berechnet abschließend, bei welchen Buchstaben Ihre Neuronen reagiert haben. Daraus schließt er, welches Wort Sie gemeint haben. Mit diesem Prinzip ist beispielsweise auch die Steuerung von Geräten möglich.

credits:
Ars Electronica Futurelab, Courtesy g.tec medical engineering GmbH