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Was Sie über Mind-Controlled-Technologie wissen müssen

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Quelle: Thinkstock

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Das Steuern eines Objekts oder eines Videospiels mit Ihrem Verstand klingt wie etwas aus einem Science-Fiction-Film, aber Geräte, die Gehirnwellen in Befehle umwandeln, die einen Computer steuern, sind bereits Realität. Die gedankengesteuerte Technologie verwendet eine Gehirn-Computer-Schnittstelle, um einen Kommunikationsweg zwischen dem Gehirn des Benutzers und einem externen Gerät herzustellen. Es hat das Potenzial, das geschädigte Gehör, das Sehvermögen oder die Bewegung von Patienten zu verbessern oder sogar zu reparieren. EEG-Sensoren wurden in Spielesysteme integriert, mit denen ein Spieler steuern kann, was mit einem Headset auf dem Bildschirm geschieht. EEG-gesteuerte Exoskelette übersetzen die Gehirnsignale der Benutzer in Bewegungen und implantierte Elektroden ermöglichen es Patienten, bionische Gliedmaßen zu steuern.

Die gedankengesteuerte Technologie, an der Forscher heute arbeiten, begann in den 1920er Jahren, als Forscher die elektrische Aktivität des menschlichen Gehirns entdeckten und die Elektroenzephalographie (EEG) entwickelten, die Praxis, diese elektrische Aktivität entlang der Kopfhaut aufzuzeichnen. Die Forscher entdeckten, dass Neuronen Informationen über elektrische „Spikes“ übertragen, die mit einem dünnen Metalldraht oder einer Elektrode aufgezeichnet werden können. Bis 1969 hatte ein Forscher namens Eberhard Fetz ein einzelnes Neuron im Gehirn eines Affen mit einem Zifferblatt verbunden, das das Tier sehen konnte. Der Affe lernte, das Neuron schneller feuern zu lassen, um das Zifferblatt zu bewegen, um eine Belohnung zu erhalten, und obwohl Fetz es zu diesem Zeitpunkt nicht bemerkte, hatte er die erste Gehirn-Maschine-Schnittstelle erstellt.

Vor 30 Jahren begannen Physiologen mit der Aufzeichnung vieler Neuronen in Tieren und stellten fest, dass während sich der gesamte motorische Kortex bei Bewegung eines Tieres mit elektrischen Signalen beleuchtet, ein einzelnes Neuron in Verbindung mit bestimmten Bewegungen am schnellsten feuert. Wenn Sie Signale von genügend Neuronen aufzeichnen, können Sie sich eine ungefähre Vorstellung von der Bewegung machen, die eine Person macht oder machen möchte. Die Forscher entwickelten Algorithmen zur Rekonstruktion von Bewegungen aus motorischen Kortexneuronen. In den 1980er Jahren fanden Apostolos Georgopoulos eine Beziehung zwischen der elektrischen Reaktion einzelner Neuronen und der Richtung, in die sie ihre Arme bewegten. Seit Mitte der 90er Jahre sind Forscher in der Lage, komplexe motorische Kortexsignale zu erfassen, die von Gruppen von Neuronen aufgezeichnet wurden, und sie zur Steuerung elektronischer Geräte zu verwenden, um Gehirn-Computer-Schnittstellen zu erstellen, die eine sogenannte gedankengesteuerte Technologie ermöglichen.

Während sich das EEG als vielversprechende Möglichkeit für gelähmte Patienten herausgestellt hat, Geräte wie Computer oder Rollstühle zu steuern - indem Sie eine Kappe tragen und eine Schulung absolvieren, um zu lernen, wie man ein Gerät wie einen Rollstuhl steuert, indem Sie sich vorstellen, dass sie einen Teil ihres Körpers bewegen oder auslösen Befehle mit spezifischen mentalen Aufgaben - MITs Technology Review berichtete 2010, dass einige Forscher festgestellt haben, dass das EEG nur eine begrenzte Genauigkeit aufweist und kann Erkennen einer begrenzten Anzahl von Befehlen . Das Aufrechterhalten von mentalen Übungen beim Versuch, einen Rollstuhl in einer komplexen Umgebung zu manövrieren, kann anstrengend sein, und die erforderliche Konzentration erzeugt lautere Signale, die für einen Computer möglicherweise schwieriger zu interpretieren sind. Einige experimentieren also mit gemeinsamer Steuerung, die Gehirnsteuerung mit künstlicher Intelligenz für eine andere Technik kombiniert, die dazu beitragen kann, grobe Gehirnsignale in kompliziertere Befehle umzuwandeln. Bei gemeinsamer Kontrolle müssten die Patienten kontinuierlich einen Rollstuhl anweisen, sich vorwärts zu bewegen. Sie müssten den Befehl nur einmal überlegen, und die Software würde von dort aus übernehmen.

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Im vergangenen Jahr berichtete MITs Technology Review über eine Studie, in der eine gelähmte Frau benutzte ihren Verstand, um einen Roboterarm zu kontrollieren . Jan Scheuermann, eine Frau, bei der eine Krankheit namens spinocerebelläre Degeneration diagnostiziert wurde, unterzog sich einer Gehirnoperation, bei der Ärzte mit einer Luftpistole zwei Betten aus Siliziumnadeln, das so genannte Utah-Elektrodenarray, in ihren motorischen Kortex, den schmalen Streifen des Gehirns, feuerten über die Oberseite des Kopfes zu den Kiefern und steuert die freiwillige Bewegung. Die Implantate ermöglichen es ihr, an einen Roboterarm angeschlossen zu werden, den sie mit ihrem Verstand an der Universität von Pittsburgh kontrolliert, wo er damit Blöcke bewegt, Kegel stapelt oder High Fives gibt.

Das Utah-Elektrodenarray zeichnet kleine Populationen von Neuronen auf, um Signale für eine Gehirn-Computer-Schnittstelle bereitzustellen. In einem Utah-Array werden Signale nur von den Spitzen jeder Elektrode empfangen, wodurch die Informationsmenge begrenzt wird, die gleichzeitig erhalten werden kann. Die 192 Elektroden auf Scheuermanns Implantaten haben jedoch mehr als 270 Neuronen gleichzeitig aufgezeichnet. Dies ist die höchste Messung, die jemals auf einmal vom Gehirn eines Menschen aus gemessen wurde.

Die Forscher von Scheuermanns Fall demonstrierten ihre Fähigkeiten mit dem Action Research Arm Test, wobei sie das gleiche Set aus Holzklötzen, Murmeln und Bechern verwendeten, mit denen Ärzte die Handfertigkeit bewerten. Sie erzielte 17 von 57 Punkten - ungefähr so ​​gut wie jemand mit einem schweren Schlaganfall -, während sie ohne den Roboterarm eine Null erzielt hätte. Einige der Mängel der Technologie sind jedoch offensichtlich geworden, und die Steuerung des Arms ist schwieriger geworden, da die Implantate im Laufe der Zeit nicht mehr aufgezeichnet werden. Das Gehirn ist eine elektronikfeindliche Umgebung, und Bewegungen des Arrays können im Laufe der Zeit Narbengewebe aufbauen. Im Laufe der Zeit können weniger Neuronen erkannt werden.

Scheuermann ist einer von etwa 15 bis 20 gelähmten Patienten in Langzeitstudien an Implantaten, die Informationen vom Gehirn an einen Computer übertragen können. Neun weitere Patienten wurden in einer verwandten Studie namens BrainGate ähnlichen Tests unterzogen, und vier „eingeschlossene“ Patienten, die sich nicht bewegen oder sprechen können, haben dank einer anderen Art von Elektrode, die von einem Unternehmen namens Neural entwickelt wurde, ihre Kommunikationsfähigkeit wiedererlangt Signale.

Im Jahr 2011 kündigte die US-amerikanische Food and Drug Administration an, ihre Regeln für das Testen von „wirklich wegweisenden Technologien“ wie Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine zu lockern, und mehr Forscher haben menschliche Experimente durchgeführt. Forscher von Caltech möchten einem Patienten eine „autonome Kontrolle über das Google Android-Tablet-Betriebssystem“ geben, und ein Team der Ohio State University beabsichtigt, in Zusammenarbeit mit dem Forschungs- und Entwicklungsunternehmen Battelle die Gehirnsignale eines Patienten zur Steuerung der an ihn angeschlossenen Stimulatoren zu verwenden Arm in einem Prozess Battelle beschreibt als 'Wiederbelebung eines gelähmten Gliedes unter freiwilliger Kontrolle durch die Gedanken des Teilnehmers'.

Diese Studien beruhen auf der Tatsache, dass die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität einiger Dutzend Zellen im Gehirn ein ziemlich genaues Bild davon liefern kann, wie jemand beabsichtigt, ein Glied zu bewegen, und ein Großteil der Technologie ist noch experimentell. John Donoghue, ein Neurowissenschaftler der Brown University, der die BrainGate-Studie leitet, vergleicht die heutigen Gehirn-Maschinen-Schnittstellen mit den ersten Herzschrittmachern, die sich auf elektronische Karren stützten und Drähte verwendeten, die durch die Haut in das Herz gestanzt wurden. Einige waren handgekurbelt. Donoghue erklärt: 'Wenn Sie nicht wissen, was los ist, behalten Sie außen so viel wie möglich und innen so wenig wie möglich.' Die heutigen Herzschrittmacher sind in sich geschlossen, werden von einer langlebigen Batterie gespeist und in einer Arztpraxis installiert. Laut Donoghue beginnen die Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine einen ähnlichen Weg.

Wissenschaftler haben im Laufe der Jahre immer bessere Decoder entwickelt - Software zur Interpretation neuronaler Signale -, die es ihnen ermöglicht haben, mit ehrgeizigeren Steuerungsschemata zu experimentieren. Die Forscher müssen eine Schnittstelle erstellen, die 20 Jahre lang gültig ist. Die Lösung dieses Problems würde es Tausenden von Patienten ermöglichen, Rollstühle, Computercursor oder sogar ihre eigenen Gliedmaßen zu steuern. Die Forscher arbeiten daran, ultradünne Elektroden zu entwickeln, Versionen zu erstellen, die besser mit dem menschlichen Körper kompatibel sind, oder flexible Elektronikblätter zu erstellen, die sich um die Oberseite des Gehirns wickeln könnten.

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Neue medizinische Geräte müssen sicher, nützlich und wirtschaftlich sein - Anforderungen, die die Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine derzeit nicht erfüllen. Es ist noch nicht genau klar, wie ein potenzielles Produkt aussehen soll. Das High-Level-Produkt, an das die meisten Forscher denken, ist eine Technologie, die Tetraplegikern das Leben erleichtern würde. In den USA gibt es jedoch nur etwa 40.000 Patienten mit vollständiger Tetraplegie und weniger mit fortgeschrittener ALS. Einige glauben jedoch, dass die Technologie breitere Anwendungen haben könnte, beispielsweise die Rehabilitation von Schlaganfallpatienten. Einige Aufzeichnungstechnologien könnten nützlich sein, um psychiatrische Erkrankungen wie Depressionen oder Zwangsstörungen zu verstehen.

Es ist möglich, dass bei der Verbesserung der Gehirn-Computer-Schnittstellen nicht nur die Technologie, sondern auch das Gehirn der Benutzer verbessert wird. Im September fand eine von Forschern der University of Minnesota durchgeführte Studie heraus, dass Menschen, die langfristig Yoga und Meditation praktizieren, lernen können, einen Computer schneller und effizienter mit ihrem Verstand zu steuern als Menschen mit wenig oder keiner Yoga- oder Meditationserfahrung. Wie Science Daily zu der Zeit berichtete, umfasste die Studie 36 Teilnehmer: 24, die wenig oder gar keine hatten Yoga oder Meditationserfahrung und 12, die mindestens ein Jahr Erfahrung darin hatten, mindestens zweimal pro Woche eine Stunde lang Yoga oder Meditation zu praktizieren.

Beide Teilnehmergruppen waren neu in Systemen, die das Gehirn zur Steuerung eines Computers verwenden, und beide nahmen an drei zweistündigen Experimenten teil, bei denen sie eine „nicht-invasive“ High-Tech-Kappe trugen, die die Gehirnaktivität aufnahm. Sie wurden gebeten, einen Computercursor über einen Bildschirm zu bewegen, indem sie sich Bewegungen der linken oder rechten Hand vorstellten. Die Forscher fanden heraus, dass die Teilnehmer mit Yoga oder Meditationserfahrung die Aufgabe der Gehirn-Computer-Schnittstelle am Ende von 30 Versuchen doppelt so häufig erledigen konnten, und lernten dreimal schneller als ihre Kollegen für Experimente mit der Bewegung des Cursors von links nach rechts .

Der leitende Forscher an der Studie war Bin He, Professor für biomedizinische Technik am College of Science and Engineering der Universität von Minnesota und Direktor des Instituts für Ingenieurwissenschaften der Medizin der Universität, der 2013 internationale Aufmerksamkeit auf sich zog, als Mitglieder seines Forschungsteams dazu in der Lage waren einen fliegenden Roboter mit ihren Gedanken zu steuern. Sie stellten jedoch fest, dass nicht jeder so leicht lernen kann, einen Computer mit seinem Gehirn zu steuern, und viele waren selbst nach mehreren Versuchen erfolglos.

Der nächste Schritt für ihn und sein Forschungsteam besteht darin, eine Gruppe von Teilnehmern im Laufe der Zeit zu untersuchen, die zum ersten Mal Yoga oder Meditation praktizieren, um festzustellen, ob sich ihre Fähigkeit zur Steuerung der Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer verbessert. 'Unser oberstes Ziel ist es, Menschen, die gelähmt sind oder an Gehirnkrankheiten leiden, dabei zu helfen, wieder mobil und unabhängig zu werden', sagte er. 'Wir müssen alle Möglichkeiten prüfen, um die Anzahl der Menschen zu verbessern, die von unserer Forschung profitieren könnten.'

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