{"id":1016,"date":"2020-08-01T01:19:12","date_gmt":"2020-07-31T23:19:12","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/?p=1016"},"modified":"2021-03-18T13:44:14","modified_gmt":"2021-03-18T12:44:14","slug":"shortcut-gehirncomputer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/2020\/08\/01\/shortcut-gehirncomputer\/","title":{"rendered":"Shortcut Gehirn\u2013Computer"},"content":{"rendered":"

von Elisa Brau\u00dfe<\/a><\/em><\/p>\n

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Der (Astro-)Physiker Stephen Hawking, wahrscheinlich der bekannteste Mensch mit Amyotropher Lateralsklerose (ALS, siehe Infobox), verlor nach einem operativen Eingriff seine Sprechf\u00e4higkeit komplett. Solange er seine H\u00e4nde noch bewegen konnte, w\u00e4hlte er mithilfe eines Sprachcomputers Buchstaben, W\u00f6rter oder ganze Satzteile aus einer Datenbank aus, die der Computer dann f\u00fcr ihn „aussprach“. Als er auch seine Hand nicht mehr kontrollieren konnte, steuerte er seinen Sprachcomputer stattdessen mit einem Infrarot-Sensor, der die Muskelaktivit\u00e4t in seiner Wange registrierte. [1]<\/strong><\/p>\n

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Sp\u00e4testens seit der Ice Bucket Challenge und dem Film „Die Entdeckung der Unendlichkeit“ d\u00fcrfte den meisten die Krankheit Amyotrophe Lateralsklerose, besser bekannt unter der Abk\u00fcrzung ALS, ein Begriff sein. ALS bezeichnet den schrittweisen Verlust von Neuronen, die Signale an Muskeln senden. Dieser f\u00fchrt zu immer ausgepr\u00e4gteren L\u00e4hmungserscheinungen bis hin zum Verlust der Sprach- und letztendlich auch der Atemf\u00e4higkeit.<\/p>\n

Obwohl seine Wangensteuerung ihm immer die liebste blieb, experimentierte Hawking auch mit anderen Technologien, wie zum Beispiel der Steuerung seines Sprachcomputers mithilfe von Gehirnaktivit\u00e4t. Denn Ans\u00e4tze dazu gibt es schon lange. Sie werden Gehirn-Computer-Schnittstellen genannt, im Englischen Brain-Computer Interfaces (BCIs). Hinter diesem Begriff stehen verschiedene Methoden mit etlichen Anwendungsbereichen. Dazu geh\u00f6ren neben dem Buchstabieren die Steuerung von Prothesen und Rollst\u00fchlen, das Navigieren eines Cursors auf dem Bildschirm und vieles mehr.<\/p>\n

In diesem Artikel bleiben wir allerdings bei Sprachsystemen, die Menschen das Kommunizieren vereinfachen oder \u00fcberhaupt erst erm\u00f6glichen sollen. Denn es sind nicht nur ALS-PatientInnen, denen solch eine Technik helfen kann. Auch beispielsweise nach Schlaganf\u00e4llen in bestimmten Hirnregionen kann eine fast vollst\u00e4ndige (engl: locked-in-syndrome (LIS)) oder vollst\u00e4ndige L\u00e4hmung (engl: completely LIS (CLIS)) eintreten, aufgrund derer PatientInnen sich nicht bemerkbar machen k\u00f6nnen (deutsch: Gefangenheitssyndrom).<\/p>\n

Um diesen PatientInnen-Gruppen Kommunikation zu erm\u00f6glichen wird an entsprechenden mobilen Techniken und Methoden geforscht. Eine Technik, die in den allermeisten Ans\u00e4tzen genutzt wird, ist das EEG (Elektroenzephalographie). Dabei wird mit Elektroden, die mit einer Kappe auf dem Kopf befestigt werden, die elektrische Aktivit\u00e4t der Nervenzellen in der \u00e4u\u00dferen Schicht des Gehirns (dem Kortex, deutsch: Gro\u00dfhirnrinde) gemessen. Aber w\u00e4hrend die Messtechnik in vielen F\u00e4llen dieselbe ist, sind die verwendeten EEG-Signale und Auswertungsmethoden vielf\u00e4ltig.<\/p>\n

Signale, die fr\u00fch als hilfreich erkannt wurden und immer noch oft zu Hilfe genommen werden, sind Ereigniskorrelierte Potenziale (EKPs), die, wie ihr Name schon verr\u00e4t, in Verbindung mit einem bestimmten Ereignis stehen. Eins der deutlichsten und deshalb am h\u00e4ufigsten verwendeten EKPs ist das sogenannte P300: P kennzeichnet einen positiven Ausschlag im EEG, 300 gibt die ungef\u00e4hre Zeit des Auftretens des EKPs nach dem Ereignis an (in Millisekunden). Das P300 tritt grob gesagt immer dann auf, wenn das Gehirn einen besonderen Reiz entdeckt: zum Beispiel wenn in einer Serie von gleichen, hohen T\u00f6nen pl\u00f6tzlich ein tiefer Ton auftaucht. [3] Oder wenn ihr in einer Sequenz auf einen f\u00fcr euch wichtigen Reiz achtet. Stellt euch zum Beispiel vor, ihr wollt ein ‚M‘ schreiben. Wenn euch dann nacheinander jeder Buchstabe des Alphabets gezeigt wird, wird euer Gehirn auf das f\u00fcr euch relevante ‚M‘ anders reagieren als auf die vielen anderen, unwichtigen Buchstaben. Und dieses Signal l\u00e4sst sich mit dem EEG aufnehmen. Leider m\u00fcssen sogar beim P300 etliche Wiederholungen durchlaufen werden, um das EKP herauszufiltern, obwohl es eins der st\u00e4rksten EKPs ist.<\/p>\n

Da diese Methode sehr lange brauchen w\u00fcrde, um einen Buchstaben auszuw\u00e4hlen, wurde die Raster-Methode entwickelt. Dabei wird dem\/der NutzerIn immer eine ganze Reihe von Buchstaben nach der anderen, dann eine ganze Spalte nach der anderen gezeigt. Jedes Mal, wenn die pr\u00e4sentierte Reihe oder Spalte den gew\u00fcnschten Buchstaben enth\u00e4lt, entsteht ein P300, durch die Kombination von Reihe und Spalte ermittelt man dann den ausgew\u00e4hlten Buchstaben. [4] Diese Methode identifiziert den Buchstaben deutlich schneller.<\/p>\n

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