WAS SIND HIRN-COMPUTER-SCHNITTSTELLEN?
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) sind Geräte, die einen direkten Kommunikationsweg zwischen der elektrischen Aktivität des Gehirns und einem externen Ausgang herstellen. Ihre Sensoren erfassen die elektrophysiologischen Signale, die zwischen den Neuronen des Gehirns übertragen werden, und leiten diese Informationen an eine externe Quelle weiter, z. B. an einen Computer oder ein Roboterglied.
Diese Gehirnchips werden in einem tragbaren Gerät über der Kopfhaut getragen, chirurgisch unter der Kopfhaut platziert oder sogar in das Hirngewebe implantiert. Je näher der Chip am neuronalen Netz des Gehirns ist, desto klarer oder „hochauflösender“ kann ein Signal interpretiert werden.
Wie funktionieren Gehirn-Computer-Schnittstellen?
Gehirn-Computer-Schnittstellen unterscheiden sich zwar in Art und Ansatz, sind aber alle der Elektrophysiologie des neuronalen Netzes des Gehirns nachempfunden.
Wenn wir eine Entscheidung treffen – oder auch nur daran denken, eine Entscheidung zu treffen – werden elektrische chemische Signale ausgelöst. Dieses Phänomen ist in unserem Nervensystem zu finden, genauer gesagt in den Lücken zwischen den Neuronen, den so genannten Synapsen, die hin und her kommunizieren.
Um diese Hirnaktivität zu erfassen, werden bei BCI Elektroden in der Nähe der Synapsen angebracht. Diese Sensoren erfassen Spannungen und messen die Häufigkeit und Intensität der einzelnen „Spikes“, wenn sie ausgelöst werden oder potenziell ausgelöst werden können.
ES GIBT INVASIVE UND NICHT-INVASIVE BCIS
Invasive BCIs werden direkt mit dem Hirngewebe des Patienten verbunden und durch chirurgische Eingriffe eingesetzt. Da ein chirurgischer Eingriff mit großen Risiken verbunden ist, eignen sich invasive BCIs eher für Patienten, die sich von schweren Erkrankungen wie Lähmungen, Verletzungen und neuromuskulären Störungen erholen wollen.
Bei nicht-invasiven BCIs trägt der Patient ein Gerät mit elektrischen Sensoren, die als bidirektionale Kommunikationskanäle zwischen dem Gehirn des Patienten und einer Maschine dienen. Diese Arten von Gehirn-Computer-Schnittstellen erzeugen schwächere Signale, da sie nicht direkt mit dem Gehirngewebe verbunden sind. Daher eignen sich nicht-invasive BCI besser für Zwecke wie virtuelle Spiele, Augmented Reality und die Steuerung von Robotern und anderen Technologien.
WERFEN WIR EINEN BLICK AUF EINIGE VORTEILE VON BCI:
ROBOTER-GLIEDMASSEN UND ROLLSTÜHLE
Durch die Bereitstellung einer neuronalen Echtzeit-Rückkopplungsschleife, die das Gehirn umprogrammiert, sind BCI in der Lage, Bewegung, Mobilität und Autonomie für gelähmte und behinderte Patienten wiederherzustellen und deren Lebensqualität zu verbessern. In chronischen Fällen werden Robotergeräte und Gliedmaßen integriert.
DRAHTLOSE HEADSETS
Headsets sind ein Weg, um einen nicht-invasiven Ansatz für Gehirn-Computer-Schnittstellen zu liefern.
SPELLERS
Nonverbale Personen, die nach einem Schlaganfall oder einer schweren Verletzung in einem „eingeschränkten“ Zustand verharren, können Augenbewegungen für die computerunterstützte Kommunikation nutzen.
SCHNITTSTELLE FÜR SMARTPHONES UND SMART-HOME-GERÄTE
In mehreren Studien haben Nutzer die Kontrolle über Apps für soziale Netzwerke, E-Mail-Verwaltung, virtuelle Assistenten. Das Dimmen des Lichts oder der Wechsel des Fernsehkanals sind Beispiele dafür, wie BCIs im Haushalt eingesetzt werden können.
WIEDERHERSTELLUNG VON MOBILITÄT UND MOTORISCHEN FUNKTIONEN
Nach einer neurologischen Rehabilitationsmaßnahme können Gehirnchips und Wearables den Patienten die direkte Kontrolle über Exoskelette und robotische Gliedmaßen ermöglichen. Dies ist möglich, da die Signale direkt vom Gehirn gelesen werden und der Ort der Verletzung oder Krankheit – z. B. ein durchtrenntes Rückenmark – und die Muskelaktivität vollständig umgangen werden.
MINDWRITING“ FÜR NONVERBALE PERSONEN
Mit Gehirn-Computer-Schnittstellen kann man das, was man denkt, auch sprechen. Die Frage ist nur, wie schnell die neuronale Dekodierungssoftware aufholen kann.
BEHANDLUNG NEUROLOGISCHER ERKRANKUNGEN
In einer Studie wurde festgestellt, dass Menschen mit ALS, zerebraler Lähmung, Hirnstammverletzungen, Rückenmarksverletzungen, Muskeldystrophien oder chronischen peripheren Neuropathien von BCIs profitieren könnten. Neuralimplantate können möglicherweise Krankheiten behandeln oder zumindest die Lebensqualität von Patienten mit chronischen oder unheilbaren Diagnosen verbessern.
ÜBERWACHUNG DER PSYCHISCHEN GESUNDHEIT
Gehirn-Computer-Schnittstellen könnten eines Tages in der Lage sein, psychiatrische Erkrankungen wie bipolare Störungen, Zwangsstörungen, Depressionen und Angstzustände zu lindern.
Mit Hilfe von Neurofeedback-Techniken können sie auch dazu beitragen, langwierigen Erkrankungen wie Burnout und Müdigkeit vorzubeugen, indem sie gezielte elektrische Stimulationen an bestimmte Hirnregionen abgeben.
KOGNITIVE VERBESSERUNG
Die Nutzer können ihr Gehirn – Gedächtnis, Exekutivfunktionen und Verarbeitungsgeschwindigkeit – auf das Biofeedback trainieren, das sie in Echtzeit von einem neuronalen Implantat erhalten. Ähnlich wie bei den heute verfügbaren Wearables und Apps könnten die Nutzer ihre Werte überwachen und sich entsprechend selbst regulieren.
DAS GEHIRN VERSTEHEN
Während ein Großteil des Gehirns nach wie vor ein Rätsel ist, schaffen BCIs einen direkten Kanal zu unseren Gedanken – einschließlich eines Prozesses zur Entschlüsselung seiner Sprache.
ABER ES GIBT NUR WENIGE HERAUSFORDERUNGEN BEI BCI:
KOSTEN UND ERSTATTUNG
Wenn Hirn-Computer-Schnittstellen in der medizinischen Praxis Einzug halten, wer wird dann für sie bezahlen? Oder für die Verfahren? Und was ist mit den Gesundheitskontrollen, der laufenden Wartung und den Upgrades, die die Technologie im Laufe der Zeit unterstützen?
Die Frage, ob die Kosten von den Krankenkassen und Versicherungen, von staatlichen Zuschüssen oder von den Patienten selbst getragen werden, wird wesentlich darüber entscheiden, inwieweit die Geräte für die Öffentlichkeit zugänglich sind und wer aufgrund seines sozioökonomischen Status für eine verbesserte Lebensqualität in Frage kommt.
SCHLUSSFOLGERUNG:
Es ist wichtig, die Bedürfnisse und Perspektiven der Endnutzer zu berücksichtigen, vor allem die der Schwächsten, z. B. der Menschen mit Behinderungen, und die potenziellen ethischen Auswirkungen dieser Technologien zu bedenken.
