Zeitung Heute : Der Gedankenleser

Computer helfen Schwerverletzten, sich trotz Lähmung mit ihrer Umwelt zu verständigen

Fred Winter

Google, Altavista, Yahoo: Suchmaschinen für Texte, Bilder und Videos gibt es schon – im Netz der Netze. Bald wird es auch Suchmaschinen für Gene geben. Noch klingt das wie Zukunftsmusik, aber die ersten Schritte sind getan. Forscher am Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (First) in Berlin-Adlershof haben Algorithmen entworfen, um das Genom eines Fadenwurms auf bestimmte Abschnitte hin zu durchkämmen.

Sie suchten so genannte Exons, also Teile des Genoms, auf denen die Blaupausen für die Proteine abgelegt sind. Die Exons markieren die aktiven Zonen des Genoms, daraus entstehen die lebenswichtigen Proteine. Dazwischen sitzen längere Abschnitte von so genannter Junk-DNS, deren Funktion bislang nicht genau bekannt ist. „Der Fadenwurm gehört zu den am besten untersuchten Organismen der Welt, seit 1998 ist sein Genom vollständig bekannt. Noch ist aber nicht genau geklärt, wo die aktiven Teile sitzen und für welche Proteine sie verantwortlich sind“, erläutert Klaus-Robert Müller, Leiter der Wissenschaftlergruppe bei First. Der 42jährige Physiker und Informatiker ist seit vergangenem Herbst zugleich Professor für maschinelles Lernen an der TU Berlin. „Unsere Maschine lieferte um 40 Prozent exaktere Ergebnisse als herkömmliche Methoden.“ Die Adlershofer Forscher arbeiteten mit Biochemikern der Tübinger Max-Planck-Institute zusammen.

Die neue Suchmaschine ist eigentlich nichts anderes als ein Computer, der mit lernfähigen Algorithmen gefüttert wird. Nach den viel versprechenden Resultaten mit dem Genom des Fadenwurms ließe sich auch die Entschlüsselung der Genome und die Markierung von Genen anderer Lebewesen deutlich beschleunigen. Solche intelligenten Algorithmen sind vielseitig einsetzbar. „Man kann sie nutzen, um verdeckte Angriffe von Hackern in Datenströmen zu erkennen“, nennt Müller ein Beispiel. „Dabei geht es nicht nur darum, bekannte Viren oder Würmer aufzuspüren. Unsere Algorithmen sind in der Lage, mit hoher Wahrscheinlichkeit auch neue, bis dato unbekannte Computerviren zu erkennen.“ Die Wissenschaftler wenden das Verfahren darüber hinaus an, um virtuell am Computer die Eigenschaften von unbekannten chemischen Substanzen wie Giftigkeit oder Wasserlöslichkeit vorhersagen zu können. Damit kann man die Erforschung potenzieller Wirkstoffe für Arzneimittel erheblich beschleunigen und viel Geld sparen. Müllers Forscherteam und Ärzte der Charité entwickeln zudem eine lernende Maschine für die Medizin. Das so genannte Berlin Brain-Computer-Interface misst die Hirnströme von Probanden mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG). Der Computer übernimmt die Daten und interpretiert sie als Befehle, die Hände zu bewegen.

Daraus könnten künftig einmal Kommunikationsinstrumente für Schwerkranke oder Gelähmte entstehen. „Bei vielen gelähmten Patienten ist die Verbindung vom Gehirn zu den Händen unterbrochen“, erklärt Müller. „Wir messen die elektromagnetischen Signale an der Schädeloberfläche, um mit der Kraft der Gedanken eine Tastatur oder ein Computerspiel zu steuern.“ Diese Technologie steckt zwar noch in den Kinderschuhen, aber auch hier gelang ein wichtiger Durchbruch: „Wir haben die EEG-Analyse so weit verfeinert, dass wir die Bewegungsintentionen aus den beiden Hirnhälften herauslesen können. Die rechte Hälfte steuert die linke Hand, und die linke Hemisphäre die rechte Hand. Aus dem EEG können wir die Absicht des Patienten erkennen, welche Hand er bewegen will und diese in ein Steuerungssignal für den Computer übersetzen.“

Seit zehn Jahren arbeitet Müller an diesem Problem. Jetzt geht es darum, immer robustere Informationen immer schneller aus dem Hirn zu lesen. Gesunde Probanden können bereits mit Hilfe des EEG eine mentale Schreibmaschine bedienen, indem sie den Cursor über ein Tastenfeld auf dem Computerbildschirm wandern lassen. „Denkbar ist auch, damit Prothesen zu steuern“, meint Müller.

Für seine Forschungen erhielt der vielseitige Wissenschaftler im vergangenen Oktober den mit 20 000 Euro dotierten Forschungspreis für technische Kommunikation der Alcatel SEL Stiftung. „Mit Professor Müller beweisen wir einmal mehr, dass Deutschland ein hervorragender Standort für Kommunikationsforschung ist“, sagte Alf Henryk Wulf, stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Alcatel. Doch Klaus Müller denkt schon weiter: „Die Professur an der TU Berlin ermöglicht es, Studenten und Doktoranden auf dem Gebiet des maschinellen Lernens auszubilden und somit meine Forschungen auf eine breite Basis zu stellen. Mein Ziel ist es, an der TU Berlin im Verbund mit etablierten Fachgebieten wie neuronale Informationsverarbeitung, künstliche Intelligenz und Softwaretechnik eine Berliner Schule für maschinelles Lernen zu gründen.“

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