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This March 2013 handout photo provided by Science Translational Medicine shows amputee Dennis Aabo Sørensen, right, wearing sensory feedback enabled prosthesis in Rome. To feel what you touch _ that's the holy grail for artificial limbs. In a step toward that goal, European researchers created a robotic hand that let an amputee feel differences between a bottle, a baseball and a mandarin orange. (AP Photo/Patrizia Tocci, Science Translational Medicine)

Um die Kontrolle von Roboter-Gelenken zu verbessern, dringen Forscher immer tiefer in unser Gehirn ein. Bild: AP/Science Translational Medicine

Forscher können unsere Gedanken lesen – und bald vielleicht auch die NSA

Forscher sehen bereits anhand unserer Hirnwellen, wie wir uns in einer Situation entscheiden werden. Jetzt wollen sie auch unsere Gedanken lesen. 

21.06.15, 15:15 21.06.15, 15:27

Raffael Schuppisser / schweiz am sonntag



Ein Artikel von Schweiz am Sonntag

Ein kleiner Schluck Bier. Doch für Eric Sorto schmeckt er wie «ein kleines Stück vom Himmel». Der 34-jährige Amerikaner ist gelähmt, kann weder Arme noch Beine bewegen, und doch hat er soeben selbstständig aus einem Becher getrunken – zum ersten Mal, seit ihm vor 12 Jahren eine Kugel das Rückenmark durchbohrte. Möglich geworden ist der Schluck dank einem Roboterarm, den er über ein Implantat im Gehirn allein durch die Kraft der Gedanken steuert. 

Auf ähnliche Weise konnten sich schon andere Tetraplegiker verköstigen: So trank Cathy Hutchinson 2012 Kaffee aus einem Becher mit Strohhalm, und Jan Schermann biss im gleichen Jahr in ein Stück Schokolade. Bei Erik Sorto haben die Forscher des California Institute of Technology nun aber eine andere Versuchsanordnung gewählt: Die Elektroden wurden nicht wie bisher in jenen Bereich implantiert, in dem die Bewegungen gesteuert werden, nämlich in den Motorkortex. Stattdessen leiteten die Forscher die elektrischen Impulse aus jenem Hirnareal ab, das die Bewegungen plant: aus dem sogenannten posterioren Parietalkortex. 

Das macht die Bedienung des Roboterarms für den Patienten einfacher. Denn normalerweise stellen wir uns ja eine Bewegung nicht als eine Abfolge von verschiedenen Teilen vor wie «Ellenbogen abdrehen», «Oberarm anheben», «Unterarm strecken». Das geschieht automatisch. Wir fassen einfach den Entschluss, die Trinkbewegung auszuführen. Genau diesen Entschluss konnten die Forscher bei Eric Sorto aus den Hirnströmen herauslesen, als sie ihn baten, «sich den Griff zum Becher als Ganzes vorzustellen». 

Milorad Marinkovic shows his bionic arm as he poses for a photograph at his home in Vienna, Austria, Tuesday, Feb. 24, 2015. Three Austrians have replaced injured hands with bionic ones that they can control using nerves and muscles transplanted into their arms from their legs. The three men are the first to undergo what doctors refer to as “bionic reconstruction,” which includes voluntary amputation, transplantation of nerves and muscles and learning to use faint signals from them to command the hand. (AP Photo/Ronald Zak)

Künstliche Gelenke haben riesige Fortschritte gemacht. Bild: KEYSTONE

Für Schlaganfallpatienten könnten daraus einmal nützliche Anwendungen entstehen. «Gerade wenn das Bewegungszentrum im Gehirn nicht mehr aktiviert werden kann, ist man darauf angewiesen, Signale aus höheren Hirnregionen auszulesen», sagt Andreas Luft vom Zentrum für Neurowissenschaften der ETH und Universität Zürich. Der Professor betont aber auch, dass Roboterprothesen den Alltag von Schlaganfallpatienten noch nicht allzu bald vereinfachen werden. 

Die Fortschritte der Hirnforschung könnten allerdings dereinst Konsequenzen für uns alle haben. Denn die Studie mit dem querschnittgelähmten Eric Sorto, die kürzlich im Fachmagazin «Science» veröffentlicht wurde, zeigt, dass es möglich ist, einen gefassten Entschluss aus Gehirnwellen abzulesen, noch bevor er in die Tat umgesetzt wird. Dasselbe Forscherteam verdeutlichte dies mit einem zweiten Experiment. Die Wissenschafter, so berichtete die Zeitschrift «New Scientist», spielten mit einem Probanden, in dessen Gehirn ebenfalls ein Implantat verankert war, das sogenannte Gefangenendilemma. Bei dem Spiel kann man sein Gegenüber entweder hintergehen, um für sich selber einen grossen Profit herauszuholen, oder miteinander kooperieren, wobei für beide ein kleiner Profit herausschaut. Bevor der Proband seinen Spielzug ausführte, konnten die Forscher jeweils an seinen Hirnströmen ablesen, wie er sich entscheiden wird. 

Die Vorstellung, dass jemand weiss, was wir tun wollen, ehe wir die Handlung vollzogen haben, hat etwas Beängstigendes. Denn wir gehen davon aus, dass unsere Gedanken für unsere Mitmenschen verborgen und nur uns selber zugänglich sind. In den Labors der Hirnforscher trifft das nicht mehr zu. Die Wissenschaft wird immer besser darin, die elektrischen Gehirnwellen zu deuten – auch in höheren kognitiven Regionen, in denen ein lautes «Hintergrundrauschen» herrscht, welches das gewünschte Signal fast vollständig verschluckt. 

Terrence Karpowicz shows off his prototype bionic leg at the Rehabilitation Institute of Chicago in Chicago, Illinois, United States, June 3, 2015.    REUTERS/Jim Young

Die Steuerung von Roboterbeinen oder -armen erfolgt neuerdings durch den posterioren Parietalkortex. Bild: JIM YOUNG/REUTERS

Immer wieder gelingt es den Hirnforschern, die Grenzen des Möglichen zu verschieben. Bereits üben sie sich im «Gedankenlesen». So berichteten diese Woche Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie im Fachmagazin «Frontiers in Neuroscience», dass es ihnen erstmals gelungen sei, aus Hirnströmen gesprochene Wörter und sogar ganze Sätze zu rekonstruieren und per Computer als Text wiederzugeben. 

Für ihre Studie arbeiteten die Forscher mit sieben Epilepsiepatienten, denen für die Behandlung ihrer Krankheit bereits ein Elektrodennetz auf die Grosshirnrinde gelegt worden war. Während die Probanden laut vorlasen, wurden die Signale vom Elektrodennetz detailliert aufgezeichnet. Einzig durch die Analyse der Gehirnströme mit einem ausgeklügelten Algorithmus konnten die Forscher erkennen, was gesprochen wurde. «Zum ersten Mal können wir das Gehirn beim Sprechen beobachten», freut sich Tanja Schultz, die Leiterin der Studie.

Die Rekonstruktion der gesprochenen Sätze funktionierte nicht immer, aber doch in 75 Prozent der Fälle. Die Fehlerquote könnte jedoch reduziert werden, wenn man von mehr Personen als bloss sieben Probanden Datenmaterial generiert und dieses in den Algorithmus speist. Bis zum «Gedankenlesen» fehlt aber noch ein entscheidender Schritt: der Verzicht auf die Aussprache der Wörter. Denn derzeit arbeiten die Forscher noch mit gesprochener Sprache. Sie sind aber überzeugt, dass ihre Ergebnisse ein sehr wichtiger Schritt sei, um dereinst auch gedachte Sprache anhand von Hirnwellen zu entschlüsseln. 

De gauche: La Conseillere d'Etat genevoise Anne Emery-Torracinta, le Conseiller federal Johann Schneider-Ammann, Hansjoerg Wyss, president de la Fondation Wyss  et Dona Bertarelli, de la Fondation Bertarelli observe une demonstartion du centre de neuroprothese de l'EPFL lors de l'inauguration officielle de Campus Biotech, centre de recherche en sciences de la vie cree sur l'ancien site de Merck Serono ce vendredi 22 mai 2015 a Geneve. Campus Biotech est cree a l'initiative de l'Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL), l'Universite de Geneve (UNIGE), Hansjoerg Wyss et la Famille Bertarelli. Ce site reunit aujourd'hui de nombreux partenaires academiques et industriels, dont notamment des equipes des deux hautes ecoles, des HUG, du Centre Wyss de bio- et neuroingenierie, du Human Brain Project, de l'Institut suisse de bioinformatique (SIB) et de la Haute ecole du paysage, d'ingenierie et d'architecture (HEPIA). (KEYSTONE/Laurent Gillieron)

Johann Schneider-Ammann an einer Demonstration einer Neuroprothese in Genf. Bild: KEYSTONE

Wenn es in Zukunft tatsächlich gelingen sollte, gedachte Sprache anhand von Hirnwellen zu entschlüsseln, so könnte dies genutzt werden, um mit Locked-in-Patienten zu kommunizieren – mit jenen Menschen, die fast vollständig gelähmt sind, sich weder mit Sprache noch mit Bewegungen ausdrücken können und dennoch Bewusstsein haben. «Eine solche Entwicklung wäre natürlich fantastisch», sagt Andreas Luft, der selber Locked-in-Patienten behandelt. Er warnt jedoch vor zu grosser Euphorie: «Die Analyse von gedachter Sprache aufgrund von Hirnmustern dürfte noch einmal deutlich schwieriger sein.» 

Die Hirnforschung bietet eine grosse Chance, birgt aber auch neue Gefahren. So könnte es dereinst möglich werden, sich in unsere Gehirne zu hacken und unsere intimsten Gedanken mitzuhören – so wie heute die NSA unsere Telefonate abhört. Was für ein Traum für die Geheimdienste und die Werbeindustrie! Was für ein Albtraum für uns! 

Natürlich müsste man dafür zuerst ein Implantat in unser Gehirn pflanzen. Doch sogar das könnte in Zukunft einmal ganz einfach gehen. Forschern aus Harvard ist es kürzlich gelungen, ein flexibles Elektrodengitter zu kreieren, das sich zusammenfalten lässt, sodass es durch die Nadel einer Spritze passt. Bei Ratten wurde das faltbare Implantat in die Gehirn-Hohlräume gespritzt. Mit Erfolg: Das Elektrodengitter entfaltete sich wieder bis fast auf seine ursprüngliche Grösse von mehreren Quadratzentimetern, schmiegte sich um das Gehirn und zeichnete dessen Signale auf. Zumindest bei den Ratten hat das ohne Nebenwirkungen funktioniert. Und beim Menschen? Die Zukunft wird es zeigen. 

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