Erfindungen : Interface zwischen Mensch und Maschine

Alles nur Zukunftsmusik? Ein Chip im Gehirn sorgt für echte Gefühle – und kann vielleicht einmal das Lernen ersetzen.

Roland Knauer

In einer neuen Serie stellt der Tagesspiegel Forscher und ihre Erfindungen vor, die unser Leben verändern könnten.



In hundert Jahren stehen Fremdsprachen vielleicht gar nicht mehr im Stundenplan der Schulen. Einfacher als Vokabeln zu pauken und Grammatik zu lernen könnte es dann sein, einfach einen Chip ins Gehirn einzupflanzen, der dieses Wissen an das Sprachzentrum weiterleitet. Ähnlich wie man mit einer Speicherkarte dem Navigationsgerät im Auto Informationen für ein bestimmtes Land übermittelt, könnte man dann Mandarin, Russisch oder Suaheli direkt ins Gehirn speisen – und der Smalltalk funktioniert auch mit Chinesen, Russen und Ostafrikanern.

Vielleicht bleibt diese Vision ja immer Zukunftsmusik. Aber an den Grundlagen solcher Technik wird eifrig gearbeitet. Peter Fromherz vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München hat bereits einen Chip mit dem lebenden Gehirngewebe von Ratten sehr erfolgreich kommunizieren lassen. Im Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin-Wedding kann man dieses „Interface“ zwischen einem menschlichen Gehirn und einer Maschine schon anschauen: eine dünne Schicht Elektronik über einer haarfeinen Platte von gerade einmal acht mal acht Millimetern Fläche, aus der hundert feine und spitze Nadeln nach unten herausragen, präsentiert der Physiker Matthias Klein von der Technischen Universität Berlin.

„Ein solches Interface lässt sich zwar auch direkt verdrahten“, erklärt der TUB-Forscher. Dann aber würden Drähte von den Nerven aus dem Inneren des Gehirns an die Oberfläche des Gewebes zu einer Art Stecker führen. Das würde ein erhebliches Infektionsrisiko bedeuten. Daher entwickeln die Berliner Forscher gemeinsam mit der University of Utah eine drahtlose Schnittstelle, die in Fachkreisen „Array“ genannt wird: Die nadelfeinen Spitzen an der Unterseite werden in das Gewebe gedrückt. Sendet nun eine Nervenzelle ein Signal in Form eines winzigen elektrischen Stromimpulses, können die Nadelspitzen diesen Stromfluss aufnehmen. Dazu benötigen sie nur einen direkten Kontakt zum sendenden Nerv im Gehirn oder am Nervenstrang.

Der Rest ist Mikroelektronik vom Feinsten: Die Spitzen leiten das Signal an einen winzigen Chip weiter. Dieser verstärkt das schwache Signal und filtert gleichzeitig störendes Rauschen heraus. Ganz oben auf dem drei Millimeter hohen Bauteil sendet eine winzige Antenne das Signal nach außen. Bleibt das Problem der Energieversorgung: Um die Gefahr von Infektionen bei einem Batteriewechsel zu vermeiden, wird das Interface drahtlos mit Energie versorgt, indem außerhalb des Körpers mit einer Spule ein kleines elektrisches Feld angelegt wird. Nicht viel anders liest ein Scanner die Informationen auf dem Minichip, der in elektronisch lesbare Reisepässe eingebaut wird – die Technik ist also gut erprobt.

Schon in einigen Jahren könnten Menschen über eine solche Schnittstelle zum Beispiel eine Prothese fast so gut wie eine normale Hand oder ein gesundes Bein bewegen. Steckt so ein Interface erst einmal im Gewebe, stellt sich der Mensch dann zum Beispiel vor, er würde gerade seine Hand zur Faust ballen. Das Nervensignal wird zu einer Software weitergeleitet, die mit einigen Malen Faustballen lernt, welches Signal dazu durch die Nervenbahnen läuft. Kommt das Signal „Faust ballen“, gibt die Software den Befehl in einer Sprache weiter, die die Elektronik in der Prothese steuert. Langsam kann der Mensch lernen, die Prothese fast so wie eine verlorene Hand zu benutzen.

Das Ganze würde natürlich auch umgekehrt funktionieren, erklärt Matthias Klein: „Sensoren in der Prothese können Signale so auch über das Interface an das Nervengewebe im Gehirn weiterleiten.“ Mit Hilfe des Arrays könnten Prothesen in Zukunft also auch Sinneseindrücke liefern. Oder vielleicht auch Vokabeln und Grammatik einer Fremdsprache ins Gehirn vermitteln.

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