Risikoarme Gehirn-Computer-Schnittstellen zur Ablesung der Armbewegungen von der Hirnoberfläche

Forschungsarbeit des neuen Exzellenzclusters „BrainLinks – BrainTools“ der Universität Freiburg

[Auf dem Campus, 20.06.2012] Für Patienten mit schweren Lähmungen könnten sie der Schlüssel zu einem Leben mit mehr Eigenständigkeit sein – Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer, die den reinen Gedanken an eine Bewegung in die Steuerung eines Roboterarms oder Mauszeigers umsetzen.
Forschern aus Freiburg und London sei es erstmals gelungen, die Gehirnaktivität einer Armbewegung direkt an der Oberfläche des Hirns zu entdecken und sie, noch während sie andauert, zur Steuerung eines Mauszeigers zu benutzen. Der Neurowissenschaftler Tomislav Milekovic und seine Kollegen berichten darüber in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Journal of Neural Engineering“. Zum Erstaunen der Wissenschaftler reichten Elektroden auf nur zwei Quadratzentimetern Fläche aus, um das Bewegungssignal zu entschlüsseln. Damit könnten Hirn-Computer-Schnittstellen mit kleinen, leicht einzusetzenden Elektrodenanordnungen auskommen.
In der Studie wurden nur zwei Bewegungsrichtungen identifiziert. Als nächstes wollen die Wissenschaftler daher mit feineren Elektroden und einer längeren Trainingsphase Bewegungen in beliebiger Richtung und komplexere Bewegungsabläufe entschlüsseln. Dies wird eine wichtige Forschungskomponente in „BrainLinks – BrainTools“, dem neuen Exzellenzcluster der Universität Freiburg, sein.
Das Team erhielt von Epilepsiepatienten, die zu Diagnosezwecken zeitweise Elektroden auf ihrem Gehirn trugen, die Erlaubnis für einen Test – die Probanden bewegten mit einem Steuerknüppel einen Punkt auf dem Monitor nach links oder rechts, während die Forscher die Aktivität in dem Gehirnbereich maßen, der für Bewegungen verantwortlich ist. So lernte der Computer die Hirnaktivität korrekt abzulesen. Als die Probanden in einem zweiten Durchgang den Knüppel bewegten, steuerte ihre Hirnaktivität direkt den Punkt. Trotz der kurzen Trainingsdauer, bedingt durch die medizinische Behandlung, hat der Computer bei bis zu 86 Prozent der Durchläufe die Bewegungsrichtung korrekt erkannt.
Von besonderer Bedeutung sei am Freiburger Ansatz die Art der Elektroden – die Messfelder würden nicht, wie in bisherigen Versuchen, ins Gehirn eingepflanzt, sondern auf seine Oberfläche gelegt. Damit sei das Risiko einer Verletzung des Gehirns deutlich verringert. Auch komme es nicht zu Veränderungen der Signale, wie sie auftreten, wenn das Gewebe auf ins Gehirn ragende Elektroden reagiert.

Weitere Informationen zum Thema:

Journal of Neural Engineering
An online brain–machine interface using decoding of movement direction from the human electrocorticogram

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