Nr. 119 / 17. April 2013 SC

Hirnstamminfarkte, Querschnittslähmungen oder Amyotrophe Lateralsklerose: Schwere Erkrankungen des zentralen Nervensystems können zur kompletten Hilflosigkeit der Betroffenen führen. Einigen Patienten ist es nicht mehr möglich, auch nur einen Teil ihres Körpers zu kontrollieren, um mit der Umwelt Kontakt aufzunehmen. Um das Leiden dieser Menschen zu lindern, arbeitet die Hirnforschung weltweit seit vielen Jahren an der Entwicklung von sogenannten Brain-Computer Interfaces (BCIs). Diese Systeme sollen die Gedanken von Menschen in Steuersignale für Computer umwandeln. So soll der Patient in die Lage versetzt werden, mit der Familie, den Pflegern und der Umgebung zu kommunizieren. Jetzt ist Wissenschaftlern vom Zentrum für Kognitionswissenschaften der Universität Bremen ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum BCI gelungen. In langjährigen Versuchen mit Makaken konnten sie nachweisen, dass sich das Sehsystem eignet, ein zuverlässiges und erstaunlich schnelles Brain-Computer Interface zu konstruieren. Die international renommierte Fachzeitschrift Journal of Neuroscience hat in der ersten April-Ausgabe 2013 die Forschungsergebnisse der Bremer Wissenschaftler um Andreas Kreiter und Klaus Pawelzik veröffentlicht.

Forschungsansätze für Brain-Computer Interfaces

Die aktuelle Forschung verfolgt zwei Ansätze für BCIs: nicht-invasive und invasive Systeme. Nicht-invasive Systeme messen die Aktivität des Gehirns außerhalb des Kopfes. Ihr Nachteil ist, dass der Informationsgehalt der so gemessenen Hirnaktivität sehr begrenzt ist. Invasive Systeme gehen dichter an den Ursprung der elektrischen Signale des Gehirns und sollen damit eine präzisere Messung der Aktivitätsmuster mit höherem Informationsgehalt ermöglichen. In ersten Versuchen werden hierbei Elektroden direkt in das Gehirn von Rhesusaffen und Menschen implantiert. Typischerweise werden hierfür Elektroden in den motorischen Kortex eingesetzt. Welche Möglichkeiten bestehen wenn sich dieser Ansatz nicht eignet?

Vom Sehen zum mental gesteuerten Computer

Eine neue Alternative, wurde im Zentrum für Kognitionsforschung der Universität Bremen erarbeitet. Die Wissenschaftler untersuchen ob sich mit Hilfe von implantierten Oberflächenelektroden über dem Sehsystem ein dauerhaftes BCI konstruieren lässt. Hierzu wurden Makaken darauf trainiert, ihre visuelle Aufmerksamkeit ohne Bewegung der Augen in ihrem Blickfeld zwischen zwei gezeigten Objekten zu verlagern. Die Gehirn-Aktivitäten der Tiere wurden mit auf dem Gehirn aufliegenden Elektroden über viele Jahre und ohne gesundheitlichen Schaden zuverlässig gemessen. Bei der Auswertung der Messdaten stellte sich heraus, dass schon ein kurzer Abschnitt (weniger als eine Sekunde) der gemessenen Signale ausreicht um festzustellen, auf welches der beiden Objekte die Tiere ihre Aufmerksamkeit gerichtet hatten. Damit ist wissenschaftlich nachgewiesen, dass es grundsätzlich möglich ist, elektrische Signale von visueller Aufmerksamkeit, die an der Oberfläche des Gehirns gemessen wurden, in eindeutige Computersignale zu übersetzen. Durch die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Universität Bremen geförderten Arbeiten ist damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zur Neuroprothetik gelungen.

In weiteren Untersuchungen wollen die Hirnforscher der Universität Bremen nun klären, wie diese Gehirnsignale für das Schreiben von Texten oder das Steuern eines Rollstuhls eingesetzt werden können.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Zentrum für Kognitionswissenschaft
Dr. David Rotermund
Tel. 0421 218 62003
E-Mail: davrotprotect me ?!neuro.uni-bremenprotect me ?!.de 
http://www.jneurosci.org/content/33/14/6001.abstract