Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/bci-schokolade-essen-mit-gedankenkraft-1212-96429.html    Veröffentlicht: 18.12.2012 12:04    Kurz-URL: https://glm.io/96429

BCI

Schokolade essen mit Gedankenkraft

Eine gelähmte Patientin in den USA bewegt einen Roboterarm über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI). Damit kann sie etwas, das ihr lange verwehrt war: eine Tafel Schokolade nehmen und hineinbeißen.

Ihre eigenen Arme kann Jan Scheuermann nicht bewegen. Aber sie kann mit der Kraft ihrer Gedanken einen Roboterarm steuern: Zwei Elektroden nehmen Signale aus Scheuermanns Gehirn auf und leiten sie an einen Computer weiter. Ein Algorithmus übersetzt die Aktionspotenzialmuster in Steuerbefehle für den Roboterarm.

Der Arm hat sieben Freiheitsgrade: Er kann nach rechts und links, nach oben und unten sowie nach vorne und hinten bewegt werden. Das Handgelenk kann in zwei Ebenen abgeknickt sowie gedreht werden, und schließlich kann die Hand greifen.

96 Kontakte

Die Elektroden sind jeweils etwa 1,6 Quadratzentimeter groß und haben je 96 Kontakte, über die sie mit Nervenzellen verbunden sind. Sie sitzen in dem Bereich des Bewegungszentrums, der für den rechten Arm zuständig ist.

Scheuermann leidet seit 1996 unter spinozerebellärer Ataxie (Spinocerebellar Ataxias, SCA), einer neurodegenerativen Erkrankung, bei der die Verbindung zwischen dem Gehirn und den Muskeln langsam schlechter wird. Das führte zunächst zu Bewegungsstörungen. Seit einigen Jahren ist die 53-Jährige weitgehend gelähmt. Sie kann nur noch ihren Kopf bewegen.

Freiwillig

Im Herbst vergangenen Jahres sah Scheuermann einen Bericht über einen Gelähmten, der mit Hilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (Brain-Computer-Interface, BCI) einen Computer bediente. An Ende des Beitrags erklärten die Forscher vom Klinikum der Universität in Pittsburgh im US-Bundesstaat Pennsylvania (University of Pittsburgh Medical Center, UPMC), dass sie weitere Probanden suchten, und Scheuermann meldete sich.

Im Februar wurden der Patientin die beiden Elektroden eingesetzt. Nach zwei Tagen wurde sie erstmals mit einem Computer verbunden. Sie hätten sehen können, dass die Neuronen aktiv gewesen seien, als Scheuermann daran gedacht habe, ihre Hand zu schließen, erzählt Projektleiterin Jennifer Collinger. Habe sie aufgehört, daran zu denken, hätten die Neuronen geschwiegen.

Sieben Freiheitsgrade nach drei Monaten

Nach einer Woche bereits war Scheuermann in der Lage, den Arm nach rechts und links, nach oben und unten sowie nach vorne und hinten zu bewegen. Alle hätten geglaubt, dass sie dafür Monate brauchen würde, sagte sie. Für das Handgelenk und die Hand brauchte sie länger: Drei Monate dauerte es, bis sie die drei Freiheitsgrade des Gelenks ausnutzen und ein Objekt greifen konnte.

In ersten Tests nahm sie verschieden geformte Gegenstände auf und legte sie woanders hin und stapelte Kegel übereinander. Als sie mit dem Arm routiniert genug umgehen konnte, erfüllte sie sich schließlich einen lange gehegten Wunsch: Sie nahm eine Tafel Schokolade auf, führte sie zum Mund und biss hinein.

Drahtloses Zwei-Wege-BCI

Die Forscher beschreiben das Projekt in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift The Lancet. Als nächsten Schritt wollen sie ein Zwei-Wege-BCI entwickeln: Die Elektrode nimmt dann nicht nur Hirnsignale auf, sondern kann auch Rückmeldung an das Gehirn geben. Dann bekäme der Nutzer ein Gefühl für seine Aktionen und könnte diese besser steuern, etwa die Festigkeit des Griffs auf das gegriffene Objekt anpassen. Außerdem soll das System künftig drahtlos werden - aus Scheuermanns Schädel ragen die Anschlüsse für die Elektroden heraus.

Das UPMC ist nicht die einzige Einrichtung, die mit solchen Systemen arbeitet: Wissenschaftler an der Brown-Universität in Providence im US-Bundesstaat Rhode Island haben ein BCI namens Braingate 2 entwickelt, mit dessen Hilfe zwei Probanden Roboterarme steuern.  (wp)


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