Angenommen, ein Schlaganfall oder ein Trauma führt über Nacht zu einer Lähmung vom Scheitel bis zu den Zehen. Nur die Muskeln, die Ihre Augenbewegungen steuern, funktionieren noch. Ihr Gehirn funktioniert wie immer – Sie können Gedanken und Überlegungen formulieren – aber Sie können sie nicht ausdrücken.

Für Patienten, die bei Bewusstsein die Fähigkeit zur Kommunikation verlieren, werden Geist und Körper zu einem Gefängnis. Um Menschen aus dieser Isolation zu befreien, arbeiten Wissenschaftler und Unternehmer – allen voran Neuralink von Elon Musk – an einer Technologie, um Gehirnsignale in Befehle für einen Computer umzuwandeln. Und es wird immer besser.

Ein positiver Punkt ist, dass große Teile des Gehirns intakt bleiben auch bei schwerer Lähmung bestehen. Es besteht also eine Chance für Wissenschaftler, Ärzte und Unternehmer im Bereich Gesundheitstechnologie. Sie sind zunehmend in der Lage, die Gehirnaktivität detailliert zu messen und diese Daten zu nutzen, um verlorene Funktionen wie die Sprache der Patienten wiederherzustellen. Technologien, die Veränderungen des Blutvolumens, magnetischer Felder und elektrischer Impulse aufgrund der Gehirnaktivität messen, entwickeln sich rasant.

Dieser Artikel stammt aus der zweiten Auflage von IO Weiter: Das Gehirn. Dieses Magazin ist voll von Geschichten von Wissenschaftlern, Unternehmern und Innovatoren, die ein gemeinsames Ziel haben: das komplexeste System, das es gibt, besser zu verstehen.

Kommunizieren Sie mit einem 4 x 4 mm großen Gerät

Bei dieser Technologie handelt es sich um ein Brain-Computer-Interface (BCI): ein kleines, vier mal vier Millimeter großes Gerät, das auf der faltigen Außenschicht des Gehirns platziert werden kann. Die Elektroden dieser kleinen „Gitter“ nehmen in Echtzeit Signale benachbarter Neuronen auf, ein Computer filtert die nützlichen Bestandteile heraus und übersetzt sie in Befehle für einen externen Computer. Ein BCI ist nicht neu, 2015 wurde erstmals ein Patient mit dieser Technologie ausgestattet. Aber die Entwicklung von KI und maschinelles Lernen Entwicklungen schneller vorantreiben, als Wissenschaftler es vor fünf Jahren für möglich gehalten hätten.

Neurorechte

Da immer mehr kommerzielle Akteure BCI übernehmen, verlässt die Technologie zunehmend den akademischen und Krankenhausbereich. Beispielsweise arbeitet Musk mit Neuralink an einem BCI mit tausend Elektroden. Anfang des Jahres erhielt er grünes Licht, BCI an Menschen zu testen.

Es wirft auch eine ethische Debatte über die Privatsphäre und die persönliche Identität der Menschen auf. Musk plant beispielsweise, BCIs mit Smartphones zu verknüpfen. Dies würde bedeuten, dass Neurodaten in die Hände von Technologieunternehmen gelangen würden. Eine Diskussion über Neurorechte, Regelungen, die die Gehirnaktivität des Einzelnen vor BCI-Missbrauch schützen sollen, ist daher sehr wichtig. Unter anderem in Chile und Spanien Es wird bereits an einer neuen Verfassung gearbeitet, die speziell die neurologischen Rechte erwähnt.

Von 0 bis 100

„Als ich vor achtzehn Jahren mit diesem Forschungsgebiet begann, gab es noch keine Technologie, um BCI tatsächlich auf den Menschen anzuwenden. Vor acht Jahren haben wir bei einem Patienten erfolgreich eine BCI durchgeführt. „In ein paar Jahren wollen wir ein vollständig realisierbares System mit 128 Elektroden einführen“, sagt Erik Aarnoutse. Er ist Assistenzprofessor an der Utrecht-BCI-Labor von UMC Utrecht, 2005 von Nick Ramsey gegründet. Seine Karriere widmete sich dem besseren Verständnis unseres Gehirns und der Entwicklung der BCI-Technologie.

Das fortschrittliche BCI, von dem Aarnoutse spricht, wurde von UMC Utrecht in Zusammenarbeit mit dem entwickelt Technische Universität Graz, Cortec Neuro (Deutschland) und er WYSS-Zentrum für Bio- und Neuroengineering der Schweiz. Letztes Jahr erhielt das Konsortium sechs Millionen Euro Zuschuss des Europäischen Innovationsrates für die Entwicklung von ABILITY (Active Brain Implant Live Information Transfer System). Dabei handelt es sich um ein neuronales Aufzeichnungssystem, das für den Heimgebrauch konzipiert ist. Es kann niedrige bis hohe Frequenzen der Gehirnaktivität verstärken und diese drahtlos an einen Computer übertragen.

Mit dem Biosensor dieses WUR-Studententeams können Sie Hirnschäden im Handumdrehen erkennen

Das Studententeam von SenseWURk’23 hat einen Sensor entwickelt, der Hirnläsionen schnell und genau erkennt. „Ein kleiner Tropfen Blut reicht“, sagt Mannschaftskapitän Sifre van Teeffelen.

Das System kann über Elektroden Buchstaben und Wörter erkennen, die Benutzer in ihren Köpfen sagen. Aarnoutse: „Außerdem ermöglicht es den Patienten, sich an Gesprächen zu beteiligen, anstatt immer darauf warten zu müssen, dass ihnen jemand in die Augen schaut. Das macht den Unterschied.

Ein Vorläufer von ABILITY (noch nicht drahtlos, aber kabelgebunden) soll noch in diesem Jahr implementiert werden. Die Implementierung eines BCI ist nicht einfach: Benutzer müssen oft über einen längeren Zeitraum trainieren, bevor sie das Gerät steuern können. Das BCI mit 128, an dem Aarnoutse arbeitet, sollte in wenigen Wochen zuverlässig seine Arbeit erledigen können.

Man könnte diesen Vorgang mit der Übernahme der Kontrolle über einen neuen, unnatürlichen Körperteil vergleichen. Der BCI muss auch lernen, die Absicht, sich zu bewegen oder zu sprechen, aus der Gehirnaktivität abzuleiten.

Analysieren Sie große Mengen an Gehirndaten mit KI

Aber alle Technologien rund um KI entwickeln sich sehr schnell. „KI-Algorithmen können Signale aus dem Gehirn in großer Zahl sammeln. Um einen BCI zu trainieren, muss der Benutzer mehrmals „in seinem Kopf“ ein bestimmtes Wort sagen, während die Gehirnsignale aufgezeichnet werden. So trainieren wir den KI-Algorithmus. Nach diesem Training kann der Algorithmus Wörter erkennen, ohne dass wir genau wissen müssen, wonach er sucht. Wir gehen davon aus, dass es in der elektrischen Aktivität von Gehirnzellen einen Code gibt. KI kann diese Signale viel schneller entschlüsseln, als Menschen es jemals könnten“, sagt Aarnoutse.

Forschern der Radboud-Universität und der UMC Utrecht ist es beispielsweise gelungen, Gehirnsignale in hörbare Sprache umzuwandeln. Durch die Dekodierung von Gehirnsignalen mithilfe einer Kombination aus Implantaten und KI konnten sie die Wörter, die Menschen sagen wollten, punktgenau vorhersagen. 92 bis 100 Prozent.

„Wir sind alle Gehirne“

Job van den Hurk ist Neurowissenschaftler und wissenschaftlicher Leiter des Scannexus-Ultrahochfeld-MRT-Zentrums am Brightlands Maastricht Health Campus.