Suchen

Brain-Computer-Interface: Rollstuhl per Gedanken steuern

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Künftig sollen Querschnittgelähmte über ein Brain-Computer-Interface (BCI) selbstständig einen Rollstuhl bedienen können. Dabei spielt die elektrische Hirnaktivität des Anwenders eine wichtige Rolle.

Firmen zum Thema

Patient mit Querschnittlähmung steuert den Rollstuhl mit seinen Gedanken. Als Schnittstelle dient ein sogenanntes Brain-Computer-Interface.
Patient mit Querschnittlähmung steuert den Rollstuhl mit seinen Gedanken. Als Schnittstelle dient ein sogenanntes Brain-Computer-Interface.
(Bild: Felix Winkelmann )

Einen Rollstuhl allein mit der Kraft der Gedanken steuern: Darum dreht sich ein aktuelles Forschungsprojekt im Bergmannsheil. Eine internationale Arbeitsgruppe testet, wie ein sogenanntes Brain-Computer-Interface (BCI) querschnittgelähmten Menschen neue Möglichkeiten der Mobilität eröffnen kann. Das System erfasst die elektrischen Gehirnimpulse des Fahrers, übersetzt sie in Steuerungsbefehle und bewegt somit einen Elektrorollstuhl – und zwar so, wie es sich der Fahrer zuvor vorgestellt hat.

Damit das Brain-Computer-Interface die Impulse des Gehirns in Steuerungsbefehle übersetzen kann, wird dem Anwender zunächst eine Enzephalographie-Haube (EEG) auf den Kopf gesetzt. So kann die elektrische Hirnaktivität des Anwenders gemessen werden. Dann müssen Mensch und Maschine in einem Training voneinander lernen, welcher Impuls mit welcher Bewegungsidee verknüpft ist, um später auf diese Weise miteinander kommunizieren zu können. Im ersten Schritt erfasst das BCI-System die elektrischen Gehirnsignale im Ruhezustand des Patienten.

Brain-Computer-Interface erlernt Bewegungsmuster

Dr. Mirko Aach (Leiter der Abteilung für Rückenmarkverletzte am Bergmannsheil), Manouchehr Sarshar, Prof. Dr. Thomas A. Schildhauer (Ärztlicher Direktor / Direktor der Chirurgischen Klinik am Bergmannsheil) (v.l.n.r.).
Dr. Mirko Aach (Leiter der Abteilung für Rückenmarkverletzte am Bergmannsheil), Manouchehr Sarshar, Prof. Dr. Thomas A. Schildhauer (Ärztlicher Direktor / Direktor der Chirurgischen Klinik am Bergmannsheil) (v.l.n.r.).
(Bild: Felix Winkelmann )

Im zweiten Schritt stellt sich der Patient bestimmte Bewegungsmuster vor, beispielsweise das Bewegen der Hände oder der Füße. Diese Bewegungsvorstellungen aktivieren unterschiedliche anatomische Regionen im Bereich des Bewegungszentrums des Gehirns. Das System gleicht die unterschiedlichen Aktivitätsmuster des Ruhezustandes und die Aktivitätsmuster der jeweiligen Bewegungsideen miteinander ab. So lernt das Brain-Computer-Interface, die vorgestellte Bewegung zu erfassen und sie in einen Steuerungsbefehl zu übersetzen. Wenn der Anwender sich vorstellt, er bewege seine Hände, fährt der Rollstuhl nach rechts, denkt er an eine Bewegung der Füße, fährt er nach links. Denkt er weder an das eine noch das andere, fährt der Rollstuhl geradeaus.

Um die Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten, kann der Rollstuhl im Bedarfsfall selbst stoppen. Das funktioniert dank Künstlicher Intelligenz (KI). An der Vorderseite des Rollstuhls befinden sich eine Infrarot-Kamera und ein Laserscanner. Diese Systeme generieren zwei 3D-Karten, die miteinander verknüpft werden. Die eine beschreibt die beabsichtigte Route, die andere erfasst die Hindernisse, die sich auf der Zielroute befinden. Wenn der Fahrer auf ein Hindernis zusteuert und eine Kollision droht, stoppt der Rollstuhl von selbst.

Aktuell noch reine Grundlagenforschung

„Noch ist unser Projekt reine Grundlagenforschung“, erklärt Prof. Dr. Ramón Martínez-Olivera vom Bergmannsheil. „In Zukunft aber könnten querschnittgelähmte Menschen, die weder Beine noch Arme bewegen können, mit einem solchen System ein großes Stück Selbstbestimmung und Mobilität zurückgewinnen. Auch neue Rehabilitationsmöglichkeiten für Patienten mit Lähmungen werden mit BCI-Systemen untersucht.“

Dr. Luca Tonin, Technische Hochschule Lausanne, ergänzt: „Unsere Ergebnisse verdeutlichen das enorme Potenzial solcher Brain-Computer-Schnittstellen. Dabei bietet uns die klinisch-wissenschaftliche Kooperation mit dem Bergmannsheil die Möglichkeit, unser BCI-System in einer realitätsnahen Anwendungssituation mit betroffenen Menschen erproben und entwickeln zu können.“

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 46273737)