Die Zauberer und Hexen der "Addams Family" hätten ihr Vergnügen an diesen Versuchen. Der nach ihnen benannte Flipper hier am Fachbereich für Maschinelles Lernen der TU Berlin wird wie von Geisterhand bedient. Zauberei steckt natürlich nicht dahinter, aber etwas Ähnliches: die Kraft des Gehirns.

Die wird von 64 Elektroden erfasst, die man sich bequem wie eine Badekappe auf den Kopf setzt. Sie ist das Kernstück des so genannten Berlin Brain Computer Interface (BBCI) – einer Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer. Forscher der TU Berlin, des Fraunhofer-Instituts First und der Charité nutzen die elektrische Hirnaktivität, die durch das Elektroenzephalogramm (EEG) beschrieben wird, indem die an der Kopfhaut angebrachten Elektroden die Hirnströme messen, die beim Denken entstehen.

Flippern mit dem Berlin Brain Computer Interface
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(Ausschnitt)
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Über das Berlin Brain Computer Interface steuert eine Probandin in Echtzeit einen Flipper-Automaten – allein mit ihren Gedanken.
"Diese so erfassten Vorstellungen einer Bewegung werden verstärkt und an einen Computer zur blitzschnellen Auswertung übermittelt, der die Gehirnsignale in technische Steuerungsimpulse umwandelt", erklärt der neurologische Forschungsgruppenleiter Gabriel Curio von der Charité. Neurologen wissen: Nicht nur tatsächliche Bewegungen erzeugen charakteristische Hirnmuster im motorischen Kortex, jenem Areal also, das unsere Bewegungen steuert, sondern bereits der Gedanke daran. Daher reagiert der Flipper in Millisekunden auf Gedanken des Nutzers.

"Einzigartig an unserer Schnittstelle ist, dass sie in Echtzeit funktioniert. Wir haben das schnellste System weltweit", betont Klaus-Robert Müller, ebenfalls Forschungsgruppenleiter vom Fachbereich für Maschinelles Lernen der TU. Und wie könnte man dies besser untermauern als mit einem reaktionsschnellen Flipperspiel, bei dem es auf exaktes Timing ankommt? An Hirn-Computer-Schnittstellen arbeiten laut Müller rund 200 Teams in aller Welt, vor allem in den USA und Europa. Praktische Anwendungen dürften nicht lange auf sich warten lassen.

Natürlich haben die Berliner Forscher mit ihren vorklinischen Experimenten keinen launigen Zeitvertreib im Sinn: "Für Patienten mit Muskelschwund oder Querschnittslähmung ist das eine echte Lebenserleichterung, wenn sie damit künftig Computer, Prothesen oder Rollstühle steuern können", unterstreicht Müller. Nicht unwesentlich ist, dass jeder ohne langes Training mit dem BBCI seinen Gedanken freien Lauf lassen kann. "Auf diese Weise können Geräte gesteuert werden, die an einen Computer angeschlossen sind. Selbst über das Internet ist solch eine Kommunikation machbar", entwirft der Forscher eine Perspektive für den direkten Mensch-Maschine-Dialog.

Ausblenden ist die Kunst

Doch ganz so einfach ist der Weg von der vorgestellten Handlung zur Tat nicht: Denn durch unser Gehirn geistern etliche Ströme, Informationen und Aktivitätsmuster. Aus diesem Wirrwarr muss die richtige Anweisung an ein externes Gerät herausgefiltert werden – und dies möglichst schnell. Müller spricht von einer "Cocktailparty des Großhirns", bei der hunderte Hirnareale zugleich "plappern". Eine Fliege brummt vorbei, das Essen brennt an, der Arzttermin ruft sich in Erinnerung, die Greifprothese soll zupacken – alles gleichzeitig. Das System soll aber daraus das gewünschte Signal herausfiltern – so wie man bei einer Party nur dem Gegenüber zuhört und alles andere ausblendet.

"Durch moderne Methoden des maschinellen Lernens und schnelle Rechenverfahren können diese EEG-Signale zielgenau in robuste Steuersignale für Computer oder andere Maschinen umgewandelt werden", erklärt Müller. Das ist neu: Der Mensch muss nicht mehr lernen, wie er mit der Maschine umzugehen hat, sondern umgekehrt. "Die meisten BCIs verlangen von Probanden vorab langes Training. Bei uns sind im Schnitt 20 Minuten nötig", sagt der Forscher und berichtet von seiner Sekretärin, die zwischendurch auch gern mal einen Computer mit ihrer Gedankenkraft steuert.

Die Methode ist derart viel versprechend, dass künftig sogar schwer gelähmte Patienten am Computer Texte schreiben könnten. Das ist keine kühne Vision. Die Berliner Forschergruppe hat bereits eine so genannte "mentale Schreibmaschine" entwickelt, mit der Schwerstbehinderte über die schlaue Schnittstelle schnell Buchstaben für Wörter zusammenstellen können, so dass ein mittellanger Satz in drei Minuten entsteht.

Keine vorschnellen Hoffnungen

Nicht irgendwie mit Händen und Füßen, sondern mit Gedanken den Alltag zu meistern, gibt besonders Patienten mit Muskellähmung, Schlaganfall, Querschnittsgelähmten und Menschen mit Locked-in-Syndrom Hoffnung. Niels Birbaumer arbeitet seit fast 15 Jahren auf diesem Gebiet und warnt davor, zu große Hoffnungen auf schnell verfügbare praxistaugliche Hirn-Computer-Schnittstellen zu wecken – die meisten Ansätze bewegten sich im Bereich der Grundlagenforschung.

Birbaumer leitet an der Universität Tübingen das Institut für Medizinische Psychologie und Verhaltensneurobiologie und hat unter anderem eine gedankengesteuerte Greifprothese für Schlaganfallpatienten entwickelt. "Allerdings wird das Feld massiv mit Forschungsgeldern unterstützt, so dass rasch weitere Fortschritte zu erwarten sind", sagt er. Zu klären ist unter anderem, ob nichtinvasive oder invasive Methoden, bei denen Neurochips ins Hirn implantiert werden, geeigneter sind. Birbaumers Vision: "ein System, das die Signale drahtlos aus dem Hirn funkt."

Hilfe für Behinderte?
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Eines Tages soll die Gehirn-Computer-Schnittstelle behinderten Menschen den Alltag erleichtern, hoffen die Forscher.
Bis dahin ist es noch ein sehr weiter Weg. Gleichwohl sieht Birbaumer die Zeit für erste Anwendungen gekommen: "BCIs als Kommunikationssystem für Gelähmte und Locked-in-Patienten funktionieren gut und sollten im Grunde vermarktet werden." Ähnlich sieht das auch Curio. Er ist begeistert von der unkomplizierten Handhabe nicht-invasiver BCIs, die eine Reihe von Anwendungen möglich mache: "So lassen sich unter anderem bessere Fahrerassistenzsysteme entwickeln, weil frühzeitig geklärt werden kann, wann eine Ermüdung eintritt. Müdigkeit fängt im Gehirn an, wenn die Augen zufallen, ist es schon zu spät." Daran arbeiten die Berliner gerade in einem von der Bundesregierung geförderten Projekt.

Die Forscher der TU haben überdies die Firma Picoimaging Technologies gegründet, die schon im kommenden Jahr erste nichtmedizinische Mensch-Maschine-Schnittstellen auf den Markt bringen möchte. Zunächst ein neuartiges Stirnband mit trockenen Elektroden für Spielekonsolen, das EEG-Signale aus dem Gehirn abgreift, mit denen ohne Joystick gedaddelt werden kann. Denkbar seien aber auch einfache Gesundheitsanwendungen, mit denen etwa gezielt im Rahmen eines so genannten Neurofeedbacks Migränepatienten oder auch aufmerksamkeitsgestörten Kindern zu Entspannung verholfen werden kann. Müller: "Das ist ein Riesenmarkt, weil viele Menschen gar nicht mehr wissen, wie sie sich entspannen können."