Gehirn-Maschine-Schnittstellentypen Mentale Handschrift 

Forschern des Howard Hughes Medical Institute ist es zum ersten Mal gelungen, eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle in die Lage zu versetzen, die mentale Handschrift von Benutzern abzutippen. Um das Ergebnis zu erzielen, entschlüsselte das Team die Gehirnaktivität, die mit dem Schreiben von Briefen von Hand verbunden ist.

Bei dem Teilnehmer handelte es sich um eine gelähmte Person, in deren Gehirn Sensoren implantiert waren, und das Team verließ sich auf einen Algorithmus, um Buchstaben zu identifizieren, während er versuchte, sie zu schreiben. Das System konnte dies analysieren und den Text in Echtzeit auf einem Bildschirm anzeigen. 

Laut Krishna Shenoy, einem Forscher am Howard Hughes Medical Institute an der Stanford University, könnte diese Entwicklung es Menschen mit Lähmungen ermöglichen, schnell zu tippen, ohne ihre Hände zu benötigen. Zu Shenoy gesellte sich der Stanford-Neurochirurg Jaimie Henderson. 

Die Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur 12. Mai.

Der Teilnehmer konnte 90 Zeichen pro Minute tippen, was mehr als das Doppelte der Menge ist, die zuvor mit einer Art Gehirn-Maschine-Schnittstelle aufgezeichnet wurde. 

Jose Carmena, Neuroingenieur an der University of California in Berkeley, sagt: „Es ist ein großer Fortschritt auf diesem Gebiet“, der vielen verschiedenen Arten von Menschen mit Behinderungen helfen kann. Gehirn-Computer-Schnittstellen ermöglichen die Umsetzung von Gedanken in Taten. 

„Dieser Artikel ist ein perfektes Beispiel: Die Schnittstelle entschlüsselt den Gedanken des Schreibens und erzeugt die Aktion.“

Verletzungen und neuronale Aktivität

Auch wenn eine Person eine Verletzung oder Krankheit erleiden kann, die dazu führt, dass sie nicht mehr gehen, greifen oder sprechen kann, bleibt die neuronale Aktivität des Gehirns für solche Aktionen bestehen. Aus diesem Grund können Forscher diese Aktivität nutzen, um Systeme zu schaffen, die diesen Personen zugute kommen. 

Shenoys Team arbeitet seit Jahren an der Dekodierung neuronaler Aktivitäten im Zusammenhang mit Sprache und hat eine Möglichkeit entwickelt, wie Teilnehmer Sensoren implantieren und ihre Gedanken nutzen können, um einen Cursor auf einem Bildschirm zu bewegen. 

Es gab jedoch keine wirklichen Anstrengungen, dies auch bei der Handschrift zu tun. 

„Wir wollen neue Wege finden, Menschen schneller kommunizieren zu lassen“, sagt Frank Willett, Neurowissenschaftler in der Gruppe.

BCI und implantierte Sensoren

Das Team arbeitete mit einem 65-jährigen Teilnehmer zusammen, der an einer klinischen BrainGate2-Studie teilnahm. BrainGate2 testet die BCI-Sicherheit für Geräte, die Daten direkt vom Gehirn an einen Computer weiterleiten. 

Henderson implantierte zwei winzige Sensoren in den Teil des Gehirns, der für die Steuerung von Hand und Arm verantwortlich ist. Dies ermöglichte es der Person, einen Roboterarm oder Cursor zu bewegen, indem sie versuchte, ihren eigenen gelähmten Arm zu bewegen.

Die Sensoren erfassten Signale von einzelnen Neuronen, wenn sich der Teilnehmer das Schreiben vorstellte, und der Algorithmus für maschinelles Lernen erkannte Gehirnmuster, wenn er jeden Buchstaben produzierte. Dieses System ermöglichte es dem Mann, Sätze zu kopieren und Fragen fast so schnell zu beantworten wie jemand in seinem Alter, der auf einem Smartphone tippt. 

Laut Willett arbeitet der BCI schnell, da jeder Buchstabe ein äußerst charakteristisches Aktivitätsmuster hervorruft, das vom Algorithmus leicht unterschieden werden kann.

Das Team wird seine Aufmerksamkeit nun einem Teilnehmer zuwenden, der nicht sprechen kann, und die Forscher glauben, dass dieses neue System Personen, die unter einer durch verschiedene Erkrankungen verursachten Lähmung leiden, großen Nutzen bringen kann.