# taz.de -- Neuropsychologin über Gehirne und Computer: Signale aus der Schaltzentrale
       
       > Schnittstellen zwischen Computern und Gehirnen sind möglich, aber
       > kompliziert. Stefanie Enriquez-Geppert erklärt, wie das geht und wann es
       > hilfreich ist.
       
 (IMG) Bild: An der Bochumer Klinik Bergmannsheil lernen Patienten, ihren Rollstuhl durch Gedanken zu steuern
       
       taz: Frau Enriquez-Geppert, ein menschliches Gehirn und einen Computer
       zusammenzuschließen, das klingt nach Science-Fiction. Ist es das auch? 
       
       Stefanie Enriquez-Geppert: Es ist natürlich extrem faszinierend, wenn man
       in Filmen und Büchern sieht oder liest, dass Menschen mit Gedanken etwas
       steuern können – zum Beispiel einen Computer oder eine Maschine. Die Frage
       ist, was ist Science und was Science-Fiction. Denn wissenschaftlich
       betrachtet ist das längst nicht so einfach, wie es häufig dargestellt wird.
       In der Praxis ist es schon eine Herausforderung, überhaupt ein Signal aus
       dem Gehirn zu detektieren. Und eine noch größere, wenn man diese in
       Echtzeit als Steuersignal gebrauchen möchte, zum Beispiel, um einen
       Rollstuhl zu lenken.
       
       Woran liegt das? 
       
       Die Messgrößen der Signale sind sehr klein, es gibt Rauschsignale in der
       Umgebung, und die eigene Muskelaktivität wirkt störend auf die Messungen.
       Es ist also schwierig, direkt zu unterscheiden, ob es sich um eine
       bestimmte [1][elektrische Aktivität des Gehirns] handelt oder nur um
       Netzbrummen oder unbeabsichtigte Muskelaktivität, entstanden durchs
       Anspannen der Gesichtsmuskulatur.
       
       Der Kopf hat keinen USB-Anschluss. Wie verbindet man das Gehirn mit einem
       Computer? 
       
       Wenn wir über Brain-Computer-Interfaces (BCI) sprechen, also
       Gehirn-Computer-Schnittstellen, dann gibt es zwei Methoden, eine invasive
       und eine nichtinvasive. Die nichtinvasive ist eine, die wir häufig auf
       Abbildungen sehen: Da haben Menschen etwas auf dem Kopf, das aussieht wie
       eine [2][Badekappe, an der Kabel dranhängen]. Das ist eine Kappe mit
       Elektroden für das Elektro-Enzephalogramm, kurz EEG. Der Vorteil ist, dass
       man es einfach und schnell anbringen kann. Der Nachteil ist die
       Signalqualität, weil man nicht direkt an den Gehirnzellen, sondern etwas
       weiter weg vom Gehirn misst. Bei der invasiven Methode werden Elektroden
       ins Gehirn eingesetzt, die Messungen werden damit genauer. Aber dafür
       braucht es eine Operation.
       
       Beide Methoden werden gerade vor allem im medizinischen Bereich erforscht,
       etwa bei Patient:innen mit Schlaganfall. Welches Potenzial sehen Sie
       da? 
       
       Aktuell sehen wir ein großes Potenzial im assistiven klinischen Bereich,
       zum Beispiel bei [3][komplett gelähmten Patient:innen]. Mit einer
       Gehirn-Computer-Schnittstelle können sie mittels der Gehirnsignale
       kommunizieren, indem sie einen Cursor über ein Alphabet bewegen. Menschen,
       denen zum Beispiel eine Hand fehlt, können so eine Prothese steuern. Bei
       Schlaganfällen, die durch den Schaden im Gehirn meistens Lähmungen und
       Spracheinschränkungen zur Folge haben, hilft eine
       Gehirn-Computer-Schnittstelle bei der Rehabilitation.
       
       Die Betroffenen lernen mit der Verbindung von Gehirn und Computer etwa,
       gelähmte Körperteile wieder zu bewegen. Ein weiteres Beispiel ist das
       Neurofeedback. Das ist eine bestimmte Form von
       Computer-Gehirn-Schnittstellen, bei denen man die Gehirnaktivität selbst
       reguliert – und damit zum Beispiel das Arbeitsgedächtnis oder die
       Aufmerksamkeit.
       
       Wie vielen Patient:innen kann mit dieser Technik geholfen werden? 
       
       Schlaganfälle sind weltweit die drittgrößte Ursache dafür, dass Menschen
       mit körperlichen Einschränkungen leben. Und in einer alternden
       Gesellschaft, in der es zunehmend darum geht, dass Menschen lange gesund
       und bewegungsfähig bleiben wollen, ist die Therapie von derartigen
       Erkrankungen ein wichtiges Thema. Auch [4][psychische Erkrankungen] sind
       ein weit verbreitetes Gesundheitsproblem. Das Gehirn ist die Steuerzentrale
       von allem, was wir wissen und können, es bestimmt, wie wir denken und
       unseren Körper steuern. Je besser wir es verstehen, desto größer ist die
       Chance, verbesserte Therapien zu entwickeln und Prävention zu betreiben und
       damit Menschen besser helfen zu können.
       
       Können Sie einen konkreten Fall schildern, bei dem eine
       Gehirn-Computer-Schnittstelle geholfen hat? 
       
       Bei uns in den Niederlanden gibt es da zum Beispiel den spektakulären Fall
       einer Patientin mit Amyotropher Lateralsklerose, der vor einigen Jahren
       sehr bekannt geworden ist. ALS ist eine [5][unheilbare Nervenerkrankung],
       die nach und nach den gesamten Körper befällt und lähmt. Die Patientin
       wusste daher sehr genau, dass sie irgendwann nicht einmal mehr in der Lage
       sein wird, über Augenbewegungen zu kommunizieren. Sie hat sich für ein
       Implantat im Gehirn entschieden.
       
       Also für eine Operation. 
       
       Ja, für mich als Forscherin ist es überraschend, dass Patientinnen und
       Patienten das Implantat in Erwägung ziehen, statt einer nichtinvasiven
       Methode. Aber die Betroffenen sagen häufig: Ich sitze jetzt schon im
       Rollstuhl, dann will ich nicht etwas, das noch mehr Aufmerksamkeit auf mich
       lenkt. Jedenfalls: Die Operation ist gut verlaufen. Dann ging es erst
       einmal ans Lernen. wie man eine Gehirn-Computer-Schnittstelle bedient und
       die Buchstaben mit einer Buchstabiermaschine verlässlich und schnell für
       eine Unterhaltung auswählt.
       
       Wie funktioniert dieses Lernen? 
       
       Ganz grob gibt es mindestens drei Schritte: Die Patientin musste zunächst
       erst einmal lernen, wie sie überhaupt ein Signal auslösen kann, das der
       Computer dekodieren kann, also quasi versteht. In ihrem Fall ging es darum,
       den Motorcortex zu aktivieren. Das ist der Teil des Gehirns, der
       verantwortlich dafür ist, Bewegungen zu steuern. Sie hat das mittels eines
       Computerspiels getan und versucht, die gelähmte Hand zu bewegen.
       
       Allein der Versuch, die Hand zu bewegen, führt zur Aktivität des
       Motorcortex und ist besonders geeignet, um von einem Computer erkannt zu
       werden. Vom Computer müssen die gemessenen Signale in Echtzeit
       vorverarbeitet werden und von Störsignalen getrennt werden. Erst dann
       können Algorithmen verlässlich lernen, wie ein Signal aussieht, das vom
       Motorcortex generiert wurde. Die Algorithmen können dabei mittels
       maschinellem Lernen, also einer Form der künstlichen Intelligenz, speziell
       auf [6][die Gehirnsignale der Patientin trainiert werden]. Denn bei jedem
       Menschen sehen diese Signale etwas unterschiedlich aus.
       
       Und dann? 
       
       Nachdem ein Nutzer einer Gehirn-Computer-Schnittstelle gelernt hat, eine
       bestimmte Gehirnaktivität auszulösen, nachdem das Signal vorverarbeitet und
       vom Computer erkannt wird, geht es daran, mit den Signalen gezielt
       Buchstaben von einem Computerdisplay auszuwählen. Am Ende des Trainings
       konnte die Patientin so mit ihrer Familie kommunizieren.
       
       Wie lange hat das Training gedauert? 
       
       Bei dem beschriebenen Beispiel 167 Tage.
       
       Entsteht damit eine dauerhafte Veränderung im Gehirn? 
       
       Das ist eine der großen Fragen, auf die wir noch keine abschließende
       Antwort haben. Vieles deutet darauf hin, dass die Neuroplastizität eine
       große Rolle spielt, also die [7][Fähigkeit des Gehirns], sich zu verändern
       und zum Beispiel neue Synapsen zu bilden. Kollegen aus Österreich haben in
       einer Studie zeigen können, dass ein Neurofeedback-Training mit einer
       nichtinvasiven Methode nicht nur dazu führt, dass [8][Patienten mit
       Multipler Sklerose] eine bestimmte Gehirnaktivität besser regulieren
       konnten. Es minderte auch kognitive Denkprobleme. Entsprechend veränderte
       sich auch die Mikrostruktur der Gehirnregionen, die diesen Denkleistungen
       unterliegen, sie zeigten eine erhöhte Verbindung untereinander.
       
       Was ist mit Anwendungen im nichtmedizinischen Bereich, die Unternehmen wie
       Elon Musks Neuralink im Blick haben? 
       
       Das wird auf alle Fälle kommen – die Frage ist nur, in welcher
       Größenordnung. Solche Entwicklungen können als irrelevant im Sande
       verlaufen, für Computerspiele genutzt werden oder auch in der Anwendung in
       bestimmten Situationen tatsächlich helfen. Wir können abseits der Medizin
       weitere Bereiche unterscheiden: Der eine ist das Monitoring der
       Gehirnaktivität, da geht es beispielsweise darum, das Ausmaß der
       Konzentrationsfähigkeit oder die Ermüdungszustände einer Person in einem
       ganz bestimmten Moment zu bestimmen. So könnte es zum Beispiel beim
       Autofahren hilfreich sein, festzustellen, wenn das Gehirn so erschöpft ist,
       dass ein Sekundenschlaf bevorsteht.
       
       Wird so etwas schon erprobt? 
       
       Ja. Mit Kolleg:innen aus Frankreich arbeiten wir gerade in einem
       Projekt, in dem es darum geht, die Denkprozesse bei einer Personengruppe zu
       verbessern, die eigentlich schon sehr fit ist: bei Pilotinnen und Piloten.
       Denn obwohl diese eigentlich eine überdurchschnittlich gute kognitive
       Fähigkeit haben, geht sie auch bei ihnen zurück, wenn sie zu wenig
       geschlafen haben oder es Stress gibt. Wir wollen also daran arbeiten,
       dass das Gehirn auch in solchen Situationen leistungsfähig bleibt.
       
       Was ist mit dem Lifestyle-Bereich? 
       
       Klar, ich kann mir auch vorstellen, dass es hier eine Nachfrage geben wird
       – zum Beispiel beim Gaming. Wenn man also für die Steuerung von Figuren in
       Computerspielen keinen Controller mehr braucht, sondern das direkt im
       Gehirn machen kann. Im Entertainmentbereich könnten
       Gehirn-Computer-Schnittstellen dazu genutzt werden, die Gemütsstimmung
       eines Anwenders zu erfassen, um [9][passende Musikvorschläge durch
       Audio-Streaming-Dienste] zu geben. Da gibt es ja noch mehr Szenarien: Musik
       nicht mehr über Boxen hören, sondern direkt im Gehirn verarbeiten. Oder
       Smart-Home-Geräte steuern. Aber braucht man für solche Anwendungen
       tatsächlich eine EEG-Kappe auf dem Kopf oder will man sich etwas ins Gehirn
       implantieren lassen, wenn man sich eigentlich selbstständig bewegen kann?
       Abgesehen von den Risiken.
       
       Zum Beispiel? 
       
       Gerade bei invasiven Methoden, also bei den Implantaten, kann man die
       Gefahren noch nicht gut einschätzen. Zum Beispiel zu Risiken der Infektion
       und von Einblutungen, die durch Implantate ausgelöst werden können. Es gibt
       auch ungelöste Fragen zur Biokompatibilität, wie Elektroden mit dem
       Gehirngewebe interagieren und wie es zur pathologischen Neuroplastizität
       kommen kann, also möglicherweise zu Krampfanfällen. Letztendlich müssen wir
       uns als Gesellschaft auch Gedanken zum Datenschutz machen, etwa darüber,
       wie ein Implantat vor Hacking geschützt wird oder ungewollte drahtlose
       Hirndatenübetragung vermieden werden kann.
       
       23 Jun 2023
       
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