Jüngste Fortschritte in der Brain-Computer-Interface-Technologie (BCI) haben es zwei Personen mit nahezu vollständiger Lähmung ermöglicht, mit einer Geschwindigkeit zu tippen, die mit dem Schreiben von SMS auf einem Smartphone vergleichbar ist – bis zu 22 Wörter pro Minute. Dieser in Nature Neuroscience veröffentlichte Durchbruch markiert einen bedeutenden Schritt zur Wiederherstellung der praktischen Kommunikation für diejenigen, die nicht in der Lage sind, Hände oder Sprache zu benutzen.
Die Entwicklung der Gehirn-Computer-Schnittstellen
Das Konzept der Dekodierung von Gehirnsignalen zur Steuerung externer Geräte reicht bis in die 1960er Jahre zurück und wurde zunächst bei Affen mit Einzelelektrodenimplantaten demonstriert. Im Laufe der Jahrzehnte hat die BCI-Technologie Fortschritte gemacht:
– Im Jahr 2006 demonstrierte BrainGate die Cursorsteuerung und die Bedienung von Gliedmaßenprothesen.
– Später verfeinerte BrainGate das System für das Tippen mit virtuellen Tastaturen, die Geschwindigkeit blieb jedoch niedrig.
– Andere Forschungsgruppen untersuchten die direkte Dekodierung aus sprachbezogenen Gehirnregionen.
Das Hauptproblem bei früheren Systemen war die Geschwindigkeit. Frühere Methoden zur Gehirneingabe beruhten auf der Auswahl des Cursors und waren daher weitaus langsamer als das natürliche Tippen mit der Hand. Dieser neue Ansatz umgeht diesen Engpass.
Wie das neue System funktioniert
Forscher von BrainGate trainierten ein KI-Modell, um beabsichtigte Hand- oder Fingerbewegungen aus dem präzentralen Gyrus, einer Gehirnregion, die motorische Funktionen steuert, zu erkennen. Die Teilnehmer versuchten, gelähmte Gliedmaßen zu bewegen, während die KI entsprechende Buchstaben auf einer Standard-QWERTZ-Tastatur vorhersagte. Das System erreichte Geschwindigkeiten von 110 Zeichen pro Minute (22 Wörter pro Minute) mit einer niedrigen Fehlerquote von 1,6 % bei einem Teilnehmer. Ein zweiter Teilnehmer mit Lähmung zeigte ebenfalls funktionelles, wenn auch langsameres Tippen.
Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber bestehenden Methoden dar. Frühere BCI-Systeme erreichten Geschwindigkeiten von 18 Wörtern pro Minute mit höheren Fehlerraten oder 78 Wörtern pro Minute mit einer Fehlerrate von 25 %.
Warum Geschwindigkeit wichtig ist
Forscher betonen, dass die Kommunikationsgeschwindigkeit nicht nur ein technischer Maßstab ist. „Kommunikationsgeschwindigkeit ist wichtig, weil es wichtig ist, Teil eines Gesprächs zu sein“, sagt Daniel Rubin, Mitautor der Studie. Für Personen, die sowohl die Sprach- als auch die Handfunktion verloren haben, ist eine effiziente Kommunikation von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der sozialen Verbindung und Teilnahme. Alternative Methoden wie Eye-Tracking sind für eine natürliche Interaktion zu langsam.
Verbleibende Herausforderungen und zukünftige Richtungen
Trotz des Fortschritts stößt die Technologie auf Einschränkungen:
– An der Studie waren nur zwei Teilnehmer beteiligt.
– Das System erfordert eine invasive Gehirnoperation zur Implantatinsertion.
– Vor jedem Gebrauch ist eine Kalibrierung erforderlich, ähnlich wie beim Stimmen eines Musikinstruments.
Die allgemeinere Frage bleibt, ob die Dekodierung aus dem motorischen Kortex oder aus sprachbezogenen Bereichen effektiver ist. Motorische Signale sind einfacher zu dekodieren, Sprachregionen bieten jedoch möglicherweise höhere Geschwindigkeiten. Mehrere Unternehmen, darunter Neuralink, Paradromics und Synchron, entwickeln kommerzielle BCIs, obwohl eine breite Akzeptanz von der Überwindung dieser Hürden abhängt.
Diese Technologie bietet einen Einblick in eine Zukunft, in der Lähmung nicht länger Stille bedeutet. Während eine weitere Verfeinerung erforderlich ist, signalisieren die nachgewiesene Geschwindigkeit und Genauigkeit, dass praktisches Gehirn-Computer-Schreiben in greifbare Nähe gerückt ist.
