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Gedanken in Worte verwandeln
Gehirn-Computer-Schnittstellen könnten eines Tages eingesperrten Patienten, die nicht sprechen oder sich bewegen können, aber bewusst und wach sind, eine Lebensader darstellen. Viele dieser Patienten können durch Blinzeln mit den Augen kommunizieren, aber es ist zeitaufwändig und ermüdend, Blinzeln in Worte zu fassen.
Brian-Schnittstelle: Die hier gezeigten Mikroelektroden wurden verwendet, um Gehirnsignale aufzuzeichnen, um zehn Wörter aus den Gedanken eines Patienten zu entschlüsseln.
Wissenschaftler in Utah haben nun einen Weg demonstriert, um zu bestimmen, welches von 10 verschiedenen Wörtern eine Person denkt, indem sie die elektrische Aktivität von der Oberfläche des Gehirns aufzeichnen.
Die neue Technik beinhaltet das Training von Algorithmen, um spezifische Gehirnsignale zu erkennen, die von einer Reihe nicht durchdringender Elektroden aufgenommen werden, die über den Sprachzentren des Gehirns platziert sind, sagt Spencer Kellis , einer der Bioingenieure, die die Arbeiten an der Universität von Utah , in Salt Lake City. Der verwendete Ansatz ist als Elektrokortikographie (ECoG) bekannt. Die Wörter ja, nein, heiß, kalt, durstig, hungrig, hallo, auf Wiedersehen, mehr und weniger konnte die Gruppe mit einer Genauigkeit von 48 Prozent identifizieren.
Die Genauigkeit muss definitiv verbessert werden, sagt Kellis. Aber wir haben gezeigt, dass die Informationen da sind.
Einzelne Wörter wurden in der Vergangenheit mithilfe funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) aus Gehirnsignalen entschlüsselt, sagt Eric Leuthardt , Direktor des Center for Innovation in Neuroscience and Technology an der Washington University School of Medicine in St. Louis, Missouri. Dies sei das erste Mal, dass dieses Kunststück mit ECoG durchgeführt werde, einem weitaus praktischeren und tragbareren Ansatz als fMRT, sagt er.
Zusammenarbeit mit Kollegen Bradley Greger und Paul-Haus , platzierte Kellis 16 Elektroden auf der Oberfläche des Gehirns eines Patienten, der wegen Epilepsie behandelt wurde. Die Elektroden zeichneten Signale aus dem motorischen Kortex des Gesichts – einem Bereich des Gehirns, der die Gesichtsmuskeln während des Sprechens steuert – und über dem Wernicke-Areal, einem Teil der Großhirnrinde, der mit der Sprache verbunden ist, auf. Um den Algorithmus zu trainieren, wurden Signale analysiert, während der Patient aufgefordert wurde, die 10 Wörter wiederholt zu äußern.
ECoG wird seit langem verwendet, um die Quelle epileptischer Anfälle im Gehirn zu lokalisieren. Die verwendeten Elektroden sind jedoch typischerweise mehrere hundert Mikrometer groß und werden Zentimeter voneinander entfernt positioniert, sagt Kellis. Das Gehirn verarbeitet eine viel feinere räumliche Skala, als dies mit diesen klinischen Standardelektroden wirklich erkennbar ist, sagt er. Das Team aus Utah verwendete eine neue Art von Mikroelektroden-Array, die von entwickelt wurde PMT Neurochirurgie . Die Elektroden sind viel kleiner – 40 Mikrometer groß – und haben einen Abstand von einigen Millimetern.
Es ist möglich, weniger invasive Techniken wie die Elektroenzephalographie (EEG) zu verwenden, bei der Elektroden auf der Kopfhaut platziert werden, um die Kommunikation zwischen Gehirn und Computer zu ermöglichen. Adrian Owen , ein leitender Wissenschaftler in der Abteilung für Kognitions- und Hirnwissenschaften der University of Cambridge, Großbritannien, hat gezeigt, dass EEG-Signale verwendet werden können, um Menschen in einem anhaltenden Wachkoma zu ermöglichen, Ja und Nein zu kommunizieren.
Aber beim EEG werden viele der Signale vom Schädel herausgefiltert, sagt Leuthardt. Das wirklich Schöne an ECoG ist sein Potenzial, uns viel mehr Informationen zu geben, sagt er.
10 Wörter zu entschlüsseln ist sehr cool, sagt Owen, aber die Genauigkeit muss sich angesichts der Patienten, auf die die Technologie abzielt, dramatisch verbessern. Ich glaube nicht, dass selbst 60 oder 70 Prozent Genauigkeit bei Patienten funktionieren, die nicht anders kommunizieren können und bei denen es keinen anderen Spielraum für die Überprüfung gibt, sagt er.
Letztlich besteht die Hoffnung, dass ECoG eine viel differenziertere Kommunikation ermöglicht. Leuthardt hat im vergangenen Jahr gezeigt, dass mit ECoG Vokal- und Konsonantlaute entschlüsselt werden können – ein Ansatz, mit dem schließlich eine viel größere Anzahl vollständiger Wörter rekonstruiert werden könnte.