Erste Einblicke in das "Futurium", Teil 3 : Mit der Kraft der Gedanken

Wissenschaftler können mit Künstlicher Intelligenz Maschinen steuern – allein durch die Aktivität der Nervenzellen im menschlichen Gehirn.

Friederike Moraht
Am kommenden Donnerstag öffnet das Futurium seine Türen.
Am kommenden Donnerstag öffnet das Futurium seine Türen.Foto: imago/Pemax

Am 5. September öffnet das „Haus der Zukünfte“ in Berlin. Wir stellen die „Denkräume“ des Futuriums vor und blicken auf Zukunftsthemen, die in den interaktiven Ausstellungen des Hauses erlebbar werden. Diesmal geht es um Mensch & Maschine.

Es reicht ein Gedanke – und die Waschmaschine läuft, der Geschirrspüler springt an oder das Wasser fließt in die Badewanne. Wir sind daran gewöhnt, ständig technische Geräte zu bedienen, doch bislang ist dafür immer noch ein Knopfdruck oder Screen-Touch nötig. Das könnte sich in absehbarer Zeit ändern. Längst wird in den Neurowissenschaften daran geforscht, die Interaktion von Mensch und Maschine auf ein neues Level zu heben. Das Ziel: die Entwicklung sogenannter Brain-Computer-Interfaces (BCI), die eine direkte Verbindung vom menschlichen Gehirn zum Computer herstellen und Gedanken in Steuersignale übersetzen.

Wichtige Fortschritte erzielte man in den vergangenen Jahren dank künstlicher Intelligenz (KI) und moderner Data Science. Diese Technik könnte vor allem Menschen mit eingeschränkter Mobilität helfen. Wie, das wissen die Teilnehmenden des alle vier Jahre stattfindenden Züricher „Cybathlon“. Das Event ist nicht nur ein spannender Wettkampf, bei dem sich Menschen mit Behinderungen in verschiedenen Disziplinen mittels modernster technischer Assistenzsysteme messen, sondern gleichzeitig Showroom für BCI-Systeme. Wissenschaftliche Teams begleiten den Wettkampf. Auch Team „CyberTUM“, das sich aus Studierenden und wissenschaftlichem Personal der TU München zusammensetzt, steckt mitten in der Vorbereitung für den nächsten „Cybathlon“ im Mai 2020. Ihr Pilot für die Disziplin „Virtuelles Rennen mit Gedankensteuerung“ steht noch nicht fest – ab Oktober wird er oder sie allerdings wöchentlich mehrere Stunden für den Wettkampf trainieren. Die konkrete Aufgabe lautet, Fahrzeuge virtuell so schnell wie möglich durch einen Parcours zu navigieren – und das ausschließlich mit der Kraft der Gedanken.

Bloß kein falsches Signal

Das Gedankentraining wird darin bestehen, sich die vier Steuerbefehle vorzustellen, mit denen das Fahrzeug durch den Parcours gelenkt werden kann. Zuvor wird der Person eine Kappe mit Elektroden aufgesetzt, welche die Hirnaktivität messen. Die Forschung geht davon aus, dass mit jedem Gedanken ein einzigartiges, unverwechselbares Hirnaktivitätsmuster einhergeht. Soll das Auto rechts fahren, stellt man sich passiv vor, den rechten Arm zu heben, soll es links lang, denkt man an die Bewegung des linken Armes. Soll das Auto langsamer fahren, denkt man möglichst an gar nichts. Die jeweiligen Hirnsignale werden mithilfe bildgebender Verfahren registriert und ein Computer anschließend anhand maschinellen Lernens darauf trainiert, die Aktivitätsmuster optimal zu erkennen und den entsprechenden Gedanken zuzuordnen. Werden die Muster vom Computer richtig entschlüsselt, können diese in technische Steuersignale zum Navigieren des Fahrzeugs umgewandelt werden. Dies erfordert Konzentration und Präzision, da jedes falsche Signal das Spiel verlangsamen kann.

Ähnliche Verfahren ermöglichten es im Labor bereits, per Gedankenkraft Armprothesen zu steuern, eine Tastatur zu bedienen oder einen Brief zu schreiben. Menschen, die sich aufgrund von Lähmungen oder neurologischer Erkrankungen wie amyotropher Lateralsklerose (ALS) nicht mehr bewegen können, haben so die Möglichkeit, ohne Muskelkraft künstliche Gliedmaßen oder einen Computer zu bedienen; das eröffnet ihnen völlig neue Wege zu Kommunikation und Bewegung. „Es ist keine Technik, die man den Patienten heute reihenweise zur Verfügung stellen kann. Aber man kann hoffnungsvoll sein, dass es sie in zehn bis 20 Jahren geben wird“, sagt John-Dylan Haynes, Professor für Theorie und Analyse weiträumiger Hirnsignale am Bernstein Center for Computational Neuroscience in Berlin.

Lüge von der Wahrheit zu unterscheiden

Weitere Anwendungen, die im Labor schon hohe Trefferquoten aufweisen, sind zum Beispiel Lügendetektoren. Hierfür hat sich auch der Begriff Brain-Reading (Hirnlesen) etabliert. Dass unwahre Aussagen messbare mentale Aktivitäten produzieren, zeigten etwa Forscher um Daniel Langleben von der University of Pennsylvania. Ihr Computer schaffte es nach einer Trainingsphase an einem Probanden, bei einem anderen Probanden mit 88 Prozent Genauigkeit eine Lüge von der Wahrheit zu unterscheiden. Könnten sich solche Methoden auch in der Realität behaupten, zum Beispiel im Gerichtssaal?

Arm hoch, Arm runter, Lüge oder Wahrheit – hier ist es relativ leicht, die Hirnaktivität auszulesen. Auch Sinneseindrücke oder die Vorstellung von einer Bewegung lassen sich gut dekodieren, da sie einen sehr weiträumigen Abdruck in unserem Gehirn hinterlassen, erzählt Haynes. Schwieriger wird es bei komplexen Assoziationsfeldern, wie beim Betrachten eines Produkts. „Wir Menschen haben im Durchschnitt 86 Milliarden Nervenzellen im Gehirn. Was die alle machen, wissen wir nicht und es gibt bislang auch kein Verfahren, sie alle zu messen“, sagt Haynes. Die Forschung versuche zwar, diese Hindernisse zu überwinden, dennoch: Eine Maschine, mit der man Gedanken wie einen Film anschauen oder wie ein Buch lesen kann, seien pure Science-Fiction – zumindest noch.

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