Die Mensch-Maschine wird Realität

27. Mai 2016, 11:00
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Maschinenintelligenz hilft Menschen mit Behinderung, motorische und sprachliche Fähigkeiten zurückerlangen. Ein Zentrum aktueller Forschungen ist in Graz

Szenen wie diese sollen Emotionen wecken: Eine Frau mit Beinprothese läuft über Treppen. Ein Mann mit Handprothese greift nach einem Ball. Sie nehmen beide offenbar an einem Wettbewerb teil: Wer ist schneller, wer geschickter? Zuschauer jubeln. Ein Mann mit Exoskelett stapft wie ein ungelenker Roboter über den Parcours. Und schließlich sitzt da jemand mit einer Art Badehaube auf dem Kopf, an der Elektroden befestigt sind.

Der Film ist der offizielle Trailer zum Cybathlon, einem Wettkampf für Menschen mit Behinderungen und robotergesteuerter Unterstützung in sechs Kategorien, der erstmals am 8. Oktober in Zürich in der Schweiz stattfindet. "Eine logische Fortsetzung der Paralympics", der Olympischen Spiele für Menschen mit Behinderung, sagte Gernot Müller-Putz, Leiter des Instituts für Neurotechnologie an der TU Graz, kürzlich vor Journalisten. Nur ist der Cybathlon eben ein Wettbewerb, für den sich Teilnehmer mit körperlichen Beeinträchtigungen erst dank der sie unterstützenden Maschinenintelligenz qualifizieren können. Cyborgs sind auch in der Medizin längst Realität geworden.

Steuerung des Avatars

Die Cybathlon-Teilnehmer werden von Forscher- und Studentengruppen unterstützt. Ein ehemaliger Sportler, der einen Schlaganfall erlitten hat, ist der Athlet der TU Graz, deren Racing-Team Mirage 91, von Müller-Putz gegründet, sich aus Studierenden der Richtungen Telematik, Biomedical Engineering und Informatik zusammensetzt. Gemeinsam trainiert man derzeit die Steuerung eines Avatars per Brain-Computer-Interface.

An dieser Mensch-Maschine-Schnittstelle, die Patienten mit schweren Lähmungen durch Rückenmarksverletzungen und neurodegenerative Erkrankungen sowie Wachkomapatienten in ihrer Kommunikation unterstützen soll, wird seit den frühen 1970er-Jahren geforscht. Die Basis dafür wurde bereits mit der Entwicklung der Elektroenzephalografie (EEG) in den 1920er-Jahren geschaffen: Die Messung von Spannungsschwankungen an der Schädeloberfläche, die durch Aktivierung von einem Teil der 100 Milliarden Nervenzellen im Gehirn hervorgerufen werden, zählt zu den Standarduntersuchungen der Neurologie. Was im Ergebnis aussieht "wie die seismografische Aufzeichnung eines Erdbebens" (Müller-Putz), ließ aber auch weitere Schlüsse zu.

Die Signale, die über die Elektroden in der Messkappe gemessen werden, könnten ja verstärkt und digitalisiert werden. Wenn gleichzeitig Patienten, die sich sonst nicht ausdrücken können, bei bestimmten Buchstaben, die sie hören, stärkere Hirnaktivitäten entwickeln, sollte es ja möglich sein, Buchstaben, Wörter und ganze Sätze über das Brain-Computer-Interface aufzuschreiben.

Wieder ABC-Schütze

Dass das keine Sciencefiction ist, scheint klar zu sein. Die Umsetzung gelang dennoch deutlich früher als erwartet: Niels Bierbaumer, ein Pionier der Brain-Computer-Interface-Forschung an der Uni Tübingen, veröffentlichte 1999 im Fachblatt Nature den Brief eines Patienten, der ausschließlich auf diese Weise geschrieben wurde. Er bedankte sich darin bei den Forschern, ihn wieder zu einem "ABC-Schützen" gemacht zu haben.

An der TU Graz verfolgt man seit Beginn der 1990er-Jahre ähnliche Ziele: 2003 machte dort ein Team um den Gehirnforscher und Medizininformatiker Gert Pfurtscheller eine aufsehenerregende Entwicklung möglich. Erstmals konnte eine Neuroprothese allein durch die Vorstellung einer natürlichen Bewegung angesteuert werden. Ein querschnittgelähmter Patient dachte an Fußbewegungen und konnte so die Hand steuern.

Die Forschungen waren Teil der Doktorarbeit von Müller-Putz, der diese Anwendungen heute, dreizehn Jahre später, deutlich verbessern will: Im EU-Projekt More Grasp soll die gezielte Steuerung von Greif-Neuroprothesen durch das Denken an Muskelbewegungen in Armen und Händen möglich werden. Zielgruppe sind unter anderem Patienten, die nach Rückenmarksverletzungen ihre Arme und Hände nicht bewegen können. In Europa allein sind etwa 300.000 Menschen davon betroffen. Jährlich kommen etwa 11.000 Verletzungen dazu.

Nahezu normale Bewegungsabläufe

Im Rahmen des erst jüngst zugesprochenen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats ERC wollen Müller-Putz und sein Team die derzeit mühsamen und damit unnatürlich erscheinenden Bewegungen mit Hand/Arm-Neuroprothesen erleichtern. Das Ziel sei ein nahezu normaler Bewegungsablauf, sagt der Wissenschafter. Wer in Büchern blättern will, soll das einfacher als bisher machen können, wer kochen möchte, soll nach dem Kochlöffel ohne allzu anstrengende Verrenkungen greifen können.

Wird man deshalb vom Rumpf abwärts gelähmte Menschen wieder zum Laufen bringen? Wissenschafter der University of Melbourne haben bereits minimalinvasive Brain-Computer-Interfaces entwickelt, um Exoskelette mit Gedanken zu steuern. Forscher warnen jedoch davor, in solche Entwicklungen zu große Hoffnungen zu setzen.

Auch Müller-Putz macht keine Versprechungen, ist aber optimistisch: Ob das System nun implantierbar oder nur halbimplantierbar oder gar nicht invasiv ist, es wird wohl für Menschen, die ihren Alltag noch meistern können, ein neues Arbeiten ermöglichen. Müller-Putz beschreibt ein heute schon nicht unwahrscheinliches Szenario: "Man wird dann wohl dank der mit Elektroden bestückten Messkappe mit dem gesamten Büro vernetzt sein und jederzeit, abhängig vom Workload und mentalem Zustand Kommunikationskanäle geöffnet oder eher geschlossen haben, um so konzentrierteres oder effizienteres Arbeiten zu ermöglichen." (Peter Illetschko, 27.5.2016)

Hinweis im Sinne der redaktionellen Leitlinien: Der Aufenthalt in Graz wurde teilweise durch die steirische Landesregierung ermöglicht.

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  • Die Basis für Brain-Computer-Interfaces: die in den 1920er-Jahren entwickelte Elektroenzephalografie (EEG), die Spannungsschwankungen an der Schädeloberfläche misst.
    foto: picturedesk

    Die Basis für Brain-Computer-Interfaces: die in den 1920er-Jahren entwickelte Elektroenzephalografie (EEG), die Spannungsschwankungen an der Schädeloberfläche misst.

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