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Karl Balzer, 2020-10-16

 

Brain-Computer-Interface

Das Brain-Computer-Interface (BCI), auch Brain-Machine-Interface (BMI), ist eine direkte Schnittstelle, welche ohne Zwischenschritt den Informationsaustausch zwischen Gehirn und Computer ermöglicht. Konventionelle Schnittstellen hingegen sind indirekt, da Informationen motorisch an Computer übermittelt werden (z. B. Maus und Tastertur), und die vom Computer ausgehenden Informationen sensorisch vom Körper erfasst und an das Gehirn weitergeleitet werden.

Um eine direkte Verbindung zwischen Gehirn und Computer zu schaffen, müssen die Aktionspotentiale (AP) im Gehirn ausgelesen und an den Computer übermittelt werden. Außerdem müssen die Informationen des Computers in Aktionspotentiale umgewandelt und an das Gehirn übertragen werden.
Die verbreiteteste Variante zum Auslesen der APs ist die Elektroenzephalographie (EEG). Bei ihr werden Elektroden nichtinvasiv an der Kopfhaut angebracht, um Gehirnströme zu messen. Diese Methode ist jedoch ziemlich ungenau (da in der Regel mehrere Gehirnbereiche und Gehirfelder gemessen werden) und dient hauptsächlich zur Untersuchung von Gehirnaktivität. Einzelne APs lassen sich damit nicht erkennen.

Zum Auslesen einzelner APs sind invasive Schnittstellen nötig. Hier werden winzige Elektroden direkt im Gehirn angebracht. Es werden die Nervenzellen gesucht, welche die auszulesende Information übertragen. Die dort entstehenden APs werden erkannt und an den Computer übermittelt. Dieser erkennt die Frequenz der APs und agiert entsprechend seiner Programmierung.

Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ist aktuell noch ziemlich einseitig. Man ist zwar in der Lage Informationen vom Gehirn an Computer zu leiten, ein direktes "Eingreifen" des Computers auf das Gehirn ist jedoch sehr schwierig und weist bislang nur geringe Erfolge auf.

Auch heute gibt es schon Anwendungen des BCI. Beispielsweise lernen körperlich beeinträchtigte Menschen Prothesen mit Gedanken an Bewegungen zu steuern. Auch Patienten mit einem „Locked-In-Syndrom“, welche keine Möglichkeit haben mit ihrer Umgebung zu interagieren, können mittels BCI kommunizieren, indem sie einen Computer ihr Informationen ausgeben lassen. Diese Informationen sind nicht die Gedanken der Patienten, sondern bewusste Informationen, welche der Patient mitteilen möchte.

Weitere Beispiele sind Cochlea- und Retina-Implantate. Bei ihnen werden künstliche Sensoren an Nervenzellen angeschlossen, um gestörte Sinneszellen zu ersetzen. Beim Retina-Implantat wird einem Patienten mit einer defekten Netzhaut eine spezielle Kamera implantiert und an den intakten Sehnerv angeschlossen. Das Gehirn lernt die ankommenden Reize zu verarbeiten und daraus Bilder zu formen. Beim Cochlea-Implantat wird ein spezielles Mikrophon implantiert und an Hörnerven angeschlossen, um ein defektes Trommelfell zu ersetzen.

Die BCI-Forschung steht noch am Anfang, bietet aber großes Potenzial und wird vermutlich großen Einfluss auf unsere Zukunft nehmen.

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