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Modell eines Gehirns.

Gedankensteuerung mit Gefühl

Seit Jahren basteln verschiedene Forschergruppen an "Brain-Computer-Interfaces". Gelähmte sollen dadurch wieder bewegungsfähig, Prothesen durch Gedanken steuerbar werden. Nun ist es Forschern gelungen, Affen mit einer virtuellen Hand die Oberflächen künstlicher Objekte auch spüren zu lassen.

Mensch-Maschine-Interaktion 06.10.2011

Laut dem Team um Miguel Nicolelis vom Duke University Medical Center ist das ein erster Schritt zu Prothesen, die sich nicht nur durch Gedankenkraft bewegen lassen, sondern auch fühlen können.

Auf der Suche nach einer Schnittstelle

Mit unterschiedlichen Methoden versuchen Forscher seit einigen Jahren, Gelähmte sowie Amputierte wieder bewegungsfähig zu machen. Die Grundidee ist im Prinzip immer die gleiche: Man bräuchte eine Schnittstelle, die Informationen aus dem Gehirn - sprich die Gedanken - an Prothesen bzw. an ein künstliches Außenskeletts weiterleitet.

Manche versuchen dies, indem sie die Gehirnaktivität mittels Elektroenzephalogramm messen - ein relativ schonende und nicht invasive Technik. Dabei ist es beispielsweise bereits gelungen, dass Menschen mit "Locked-In Syndrom" sich wieder mitteilen können, indem sie eine virtuelle Computertastatur bedienen. Um die Gedanken lesbar zu machen, ist jedoch in der Regel ein langwieriges Training notwendig.

Zur Studie in "Nature":

"Active tactile exploration using a brain-machine-brain-inteface" von Joseph E. O'Doherty et al.

Große Fortschritte gab es auch bei einer noch mehr nach Science-Fiction klingenden Technik. Dabei werden Elektroden direkt ins Gehirn der Betroffenen gepflanzt. Direkt aus dem motorischen Kortex werden die Signale an eine Prothese weitergeleitet. Nach zahlreichen Affenversuchen wurde vor fünf Jahren erstmals eine erfolgreiche Anwendung beim Menschen gemeldet.

Neuere Ansätze wollen ganz ohne körperliche Eingriffe auskommen und das Gehirn durch gezielte Täuschungen einfach austricksen.

Taktiles Feedback

Im Zentrum aller Entwicklungen stand bis jetzt die Motorik, also die Bewegungssteuerung. Die Sensorik, d.h. die taktile Wahrnehmung, hingegen wurde eher vernachlässigt. Die meisten Systeme benutzen lediglich visuelles Feedback. Dabei ist die sensorische Rückmeldung laut den Autoren der aktuellen Studie für eine geschickte Bewegungsführung essenziell.

Die Forscher statteten daher ein "Brain-Computer-Interface" mit einer sensorischen Komponente aus, indem sie neben den Elektroden im motorischen Kortex, auch welche in den somatosensorischen Kortex pflanzten, vorerst in das Gehirn von zwei Affen. Durch Mikrostimulation der zweiten Sonde erhielten die Tiere ein künstliches taktiles Feedback.

Bei den Experimenten konnten die Affen, ohne ihren Körper zu bewegen, mit künstlichen Händen virtuelle Objekte einerseits verschieben und andererseits erforschen. Diese waren zwar optisch identisch, hatten aber unterschiedliche Oberflächen. Deren Beschaffenheit wurde durch verschiedene elektrische Signale direkt ins Gehirn der Versuchstiere geleitet - drei Aktivitätsmuster entsprachen drei Arten von Oberflächen. Laut den Forschern lernten die Tiere tatsächlich auf Basis dieser Signale die verschiedenen Objekte zu unterscheiden.

"Das ist das erste Brain-Computer-Brain Interface, das eine wechselseitige Verbindung zwischen dem Gehirn und einem virtuellen Körper herstellt", so Nicolelis. "Der virtuelle Körper wird direkt vom Gehirn gesteuert, während die Hand taktiles Feedback erhält."

Die Forscher hoffen, die Technik in den nächsten Jahren weiterentwickeln zu können, um Patienten ein unabhängiges und besseres Leben zu ermöglichen. Denn mit der neuen Methode könnten sie nicht nur einen Teil ihrer Mobilität, sondern auch ihren Tastsinn - zumindest in Ansätzen - zurückgewinnen.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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