Brain-Computer Interface

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Ein Brain-Computer Interface (BCI, auch Brain-Machine Interface (BMI); deutsch Gehirn-Computer-Schnittstelle, manchmal auch Hirn-Maschine-Schnittstelle) ist eine spezielle Mensch-Maschine-Schnittstelle, die ohne Nutzung der Extremitäten eine Verbindung zwischen Gehirn und Computer ermöglicht. Dazu wird die elektrische Aktivität des Gehirns aufgezeichnet (nichtinvasiv meistens mittels EEG, oder neuerdings invasiv mittels einer direkten Schnittstelle über einen implantierten Chip mit Elektroden), mit Hilfe von Rechnern analysiert (Mustererkennung) und in Steuersignale umgewandelt.

[Bearbeiten] Allgemeines

Schema eines Brain-Computer Interfaces

Brain-Computer Interfaces basieren auf der Beobachtung, dass schon die Vorstellung eines Verhaltens messbare Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität auslöst. Beispielsweise führt die Vorstellung, eine Hand oder einen Fuß zu bewegen, zur Aktivierung des motorischen Kortex. In einem Trainingsprozess lernt das Brain-Computer Interface (also sowohl der Rechner als auch der Mensch), welche Veränderungen der Hirnaktivität mit bestimmten Vorstellungen korreliert sind. Diese Information kann dann in Steuersignale für diverse Anwendungen umgewandelt werden. Ein Beispiel für ein einfaches Brain-Computer Interface ist eine Auswahl aus zwei Alternativen, indem der Benutzer sich vorstellt, entweder die linke Hand oder aber den rechten Fuß zu bewegen.

Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ist bei allen bislang entwickelten Brain-Computer Interfaces nur in einer Richtung möglich. So lernt der Mensch zwar, dem Rechner Kraft seiner Gedanken etwas mitzuteilen, die Antwort des Computers wird bislang jedoch ausschließlich über die normalen Sinnessysteme des Organismus vermittelt (etwa Bilder, Töne, oder elektrische Reizung der Haut). Genaugenommen handelt es sich also nicht um eine echte Schnittstelle, sondern lediglich um einen Ausleseapparatus.

[Bearbeiten] Anwendungsbeispiele

Die wichtigste Anwendung finden Brain-Computer Interfaces in der Unterstützung körperlich behinderter Menschen. In Verbindung mit einer Buchstabiermaschine können sie etwa Menschen mit einem Locked-In-Syndrom, die weder die zum Sprechen nötige Muskulatur noch die Augen bewegen können, eine Kommunikation mit der Außenwelt ermöglichen.

Brain-Computer Interfaces sollen auch dazu dienen, die Mobilität von Behinderten zu erhöhen. Ziel sind hierbei von Nervenimpulsen gesteuerte Prothesen, die echten Gliedmaßen immer näher kommen.

Die Zahl der Befehle, die ein Brain-Computer Interface zuverlässig unterscheiden kann, hängt wesentlich von der Qualität des EEGs ab. Messungen auf der Kopfhaut haben prinzipiell nur eine sehr eingeschränkte Genauigkeit. Die Entwicklung von Elektroden, die langfristig implantiert bleiben können, ist daher aktueller Forschungsgegenstand.

[Bearbeiten] Literatur

Jonathan R. Wolpaw, Niels Birbaumer, Dennis J. McFarland, Gert Pfurtscheller, Theresa M. Vaughan: Brain-computer interfaces for communication and control. In: Clinical Neurophysiology, Nr. 113, 2002, S. 767–791.
Miguel Nicolelis: Actions from thoughts. In: Nature, Nr. 409, 2001, S. 403–407.
L.R. Hochberg et al.: Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. In: Nature, Nr. 442, 2006, S. 164–171.
Christa Maar, Ernst Pöppel, Thomas Christaller (Hrsg.). Die Technik auf dem Weg zur Seele. Forschungen an der Schnittstelle Gehirn/Computer. Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek bei Hamburg 1996, ISBN 3-499-60133-8.