Die Technologie, um einen Computer nur mit Ihren Gedanken zu steuern, hat bestand seit Jahrzehnten. Wir haben jedoch begrenzte Fortschritte bei der Verwendung des Programms für seinen ursprünglichen Zweck gemacht: Menschen mit schweren Behinderungen bei der Kommunikation zu unterstützen. Bis jetzt ist das so. Eine neue Studie hat gezeigt, dass eine alternative Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie Menschen mit "Locked-in-Syndrom" helfen kann, mit der Außenwelt zu sprechen. Es hat sogar den Betroffenen erlaubt, trotz der Krankheit zu berichten, dass sie glücklich sind.

Die Endstadien des degenerativen Zustands, bekannt als Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) oder motorische Neuronenkrankheit, lässt Betroffene in einem vollständig eingeschlossenen Zustand zurück. Am Ende können sie keinen Teil ihres Körpers bewegen, nicht einmal ihre Augen, obwohl ihr Gehirn unberührt bleibt. Aber Wissenschaftler haben sich bemüht, eine Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie zu verwenden, die elektrische Aktivität im Gehirn misst, um sie bei der Kommunikation zu unterstützen.

Ein Grund dafür ist, dass es immer noch unklar ist, wie sehr diese herkömmlichen Gehirn-Computer-Schnittstellensysteme auf elektrischen Signalen beruhen, die durch die Bewegung der Augenmuskeln erzeugt werden. Eine ALS-Kranke, die eine Gehirn-Computer-Schnittstelle benutzt hatte, als sie noch ihre Augen bewegen konnte verlor ihre Kommunikationsfähigkeit durch die Technologie, nachdem sie vollständig eingesperrt wurde. Dies legte nahe, dass die meisten elektrischen Aktivitäten, die vom Computer aufgezeichnet wurden, mit unwillkürlichen Augenbewegungen zusammenhingen, die auftraten, wenn sie an etwas und nicht an die Gedanken selbst dachte.

Sauerstoffüberwachung

Um dieses Problem zu lösen, verwendete eine internationale Gruppe von Forschern eine andere Art der Erkennung neuronaler Aktivität, die Veränderungen der Sauerstoffmenge im Gehirn statt elektrischer Signale misst. Die Forschung, veröffentlicht in PLoS Biology, beteiligt eine Technik wie funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie, die Licht verwendet, um Veränderungen der Blutsauerstoffwerte zu messen. Da die Bereiche des Gehirns, die zu einem bestimmten Zeitpunkt am aktivsten sind, mehr Sauerstoff verbrauchen, bedeutet dies, dass Sie Muster der Gehirnaktivität durch Sauerstoffschwankungen erkennen können.

Diese Technik ist nicht so empfindlich auf Muskelbewegungen wie die Elektroenzephalographie (EEG) -Systeme zur Messung der elektrischen Aktivität. Dies bedeutet, dass die neue Methode verwendet werden könnte, um ALS-Patienten zu helfen, sowohl vor als auch nach dem Verlust ihrer gesamten Bewegungsfähigkeit zu kommunizieren, da es wahrscheinlicher ist, Gehirnaktivität im Zusammenhang mit Gedanken aufzuzeichnen.

Die Studie umfasste vier ALS-Patienten, von denen drei seit 2014 (dem letzten seit frühem 2015) nicht in der Lage waren, zuverlässig mit ihren Betreuern zu kommunizieren. Durch den Einsatz der neuen Brain-Computer-Interface-Technologie konnten sie über mehrere Monate zuverlässig mit ihren Betreuern und Familien kommunizieren. Dies ist das erste Mal für verschlossene Patienten möglich.

Den Freiwilligen wurden persönliche und allgemeine Wissensfragen mit bekannten "Ja" - oder "Nein" -Antworten gestellt. Die Gehirn-Computer-Schnittstelle nahm ihre Antworten in 70% der Fälle korrekt auf, was laut den Forschern ausreichte, um zu zeigen, dass sie nicht zufällig die richtige Antwort aufzeichneten. Ähnliche Experimente unter Verwendung von EEG übertrafen diese Wahrscheinlichkeitsschwelle nicht.

Die Patienten konnten auch ihre Gefühle über ihren Zustand mitteilen, und alle vier antworteten wiederholt mit "Ja", wenn sie gefragt wurden, ob sie über mehrere Wochen glücklich waren. Ein Patient wurde sogar gefragt, ob er zustimmen würde, dass seine Tochter ihren Freund heiraten würde. Unglücklicherweise für das Paar, sagte er nein. Die Freiwilligen haben das System nach dem Ende der Studie weiterhin zu Hause benutzt.

Bahnbrechende Forschung

Wie ich aus meiner eigenen Forschung weiß, erfordert die Arbeit mit vollständig eingesperrten Patienten viel harte Arbeit. Insbesondere können Sie nicht sicher wissen, ob der Benutzer verstanden hat, wie wir eine Antwort geben möchten, die wir ermitteln können. Wenn ein System, das zuvor zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität von nicht behinderten Benutzern verwendet wurde, nicht mit eingeschlossenen Patienten arbeitet, ist es üblich anzunehmen, dass die Person und nicht die Maschine schuld ist, was möglicherweise nicht der Fall ist der Fall. Darüber hinaus entsteht zusätzlicher Druck auf die Forscher - von der Familie des Patienten und von sich selbst -, um den Traum zu erfüllen, einen Weg zur Kommunikation mit den Freiwilligen zu finden.

Diese Herausforderungen verdeutlichen, welch wichtige Errungenschaft die neue Studie darstellt. Es ist eine bahnbrechende Forschungsarbeit, die einen neuen Weg für die Entwicklung einer besseren Brain-Computer-Interface-Technologie bieten könnte. Auch wenn das System bisherigen Patienten nur erlaubt, Ja- oder Nein-Antworten zu geben, bedeutet dies bereits eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität.

Das erste Gehirn-Computer-Interface-System wurde entwickelt, um behinderten (wenn auch nicht eingesperrten) Benutzern zu ermöglichen, Wörter zu buchstabieren und so jede gewünschte Nachricht zu kommunizieren, freilich durch eine langsamer und langwieriger Prozess. Es ist also davon auszugehen, dass die neue Technologie nur der erste Schritt zu komplexeren Systemen ist, die eine freie Zwei-Wege-Kommunikation ermöglichen, die nicht auf einfachen Fragen basiert.

Vielleicht noch wichtiger ist, dass die Technologie die Kommunikationsfähigkeiten von vier Personen, die seit Jahren stumm waren, bereits wiederhergestellt hat. Stellen Sie sich vor, wie sich diese Patienten und ihre Familien gefühlt haben müssen, als sie endlich wieder "sprechen" konnten. Trotz der Herausforderungen in der Gehirn-Computer-Interface-Forschung sind Ergebnisse wie diese, die uns weitermachen lassen.

Über den Autor

Ana Matran-Fernandez, Postdoktorandin, Universität von Essex

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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