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Brain-Computer-Interface: Alle Infos auf einen Blick

© National Science Foundation/NBC

Mit unseren Gedanken direkte Kontrolle über Computer und Maschinen ausüben – klingt nach Science Fiction, funktioniert eingeschränkt aber schon heute. Im Folgenden erklären wir alles rund um das Thema Brain-Computer-Interfaces.

In diesem Artikel beantworten wir folgende Fragen über Brain-Computer-Interfaces (BCI):

  • Was sind Brain-Computer-Interfaces und wie funktionieren sie?
  • Wo finden BCIs heute schon Anwendung?
  • Welche zukünftigen Einsatzfelder gibt es?
  • Was haben BCIs mit Virtual Reality zu tun?
  • Welche Firmen sind im BCI-Markt aktiv?
  • Können BCIs dem Menschen gefährlich werden?

Wer heute am PC eine E-Mail schreiben oder ein Spiel spielen will, der greift normalerweise zu Tastatur, Maus oder Gamepad. Doch solche „klassischen“ Schnittstellen zwischen uns und den Maschinen sind vielleicht schon bald überflüssig – dank sogenannter Brain-Computer-Interfaces.

1. Definition: Was ist ein Brain-Computer-Interface (BCI)?

  • Eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, die uns das Steuern vom Maschinen mit reiner Gedankenkraft ermöglicht

Ein Brain-Computer-Interface, kurz BCI, ist eine spezielle Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, bei der Gehirnsignale direkt in Signale zur Steuerung von Computern bzw. Maschinen umgewandelt werden. Im Deutschen spricht man entsprechend von Gehirn-Computer-Schnittstellen.

Brain-Computer-Interface: Gehirnsignale werden direkt zu Signalen zur Steuerung von Maschinen umgewandelt. © Unsplash

Brain-Computer-Interface: Gehirnsignale werden direkt in Signale zur Steuerung von Maschinen umgewandelt. © Unsplash

Das Besondere an Gehirn-Computer-Schnittstellen ist, dass die Übertragung direkt zwischen menschlichem Gehirn und Maschine erfolgt; wir benötigen also keine weiteren Körperteile (etwa unsere Hände) oder Eingabegeräte (z.B. eine Tastatur) um einen Prozess in Gang zu setzen. Das Ziel eines Brain-Computer-Interface ist es letztendlich, einen Computer durch unsere Gedanken zu steuern.

Brain-Computer-Interfaces sind ein Anwendungsbeispiel für Neurotechnik (engl. neuro engineering). Der Begriff bezeichnet das Einsetzen von Ingenieurs-Methoden, um sowohl die Funktion des Nervensystems zu erforschen, als auch dieses zu unterstützen und zu beeinflussen.

2. Wie funktionieren Brain-Computer-Interfaces?

  • Unterschiedliche Messmethoden erfassen Aktivitäten in unserem Gehirn und wandeln diese in digitale Signale um

Grundlage einer Gehirn-Computer-Schnittstelle ist die wissenschaftliche Erkenntnis, das bereits die Vorstellung einer Handlung (beispielsweise einer Handbewegung) messbare Veränderungen der Hirnaktivität auslöst. Diese Signale können wiederum in Steuerbefehle für Computer umgewandelt werden.

Aktuell gibt es zwei Methoden für die Übertragung der Gehirnsignale. Bei der ersten Methode wird die elektrische Aktivität in unserem Gehirn gemessen, was wiederum auf zwei unterschiedliche Arten funktioniert: nichtinvasiv und invasiv.

Bei der nichtinvasiven (das heißt, ohne in unser Körpergewebe einzudringen) Variante wird die Aktivität mit Hilfe einer Elektroenzephalografie (EEG) gemessen. Konkret bedeutet das, dass wir eine Art „Badekappe“ mit darauf angebrachten Elektroden aufsetzen, die unsere Gehirnaktivität durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche messen.

Bei der invasiven Variante werden die Elektroden hingegen direkt in unser Gewebe – in anderen Worten: unser Gehirn –  implantiert. Da dafür ein chirurgischer Eingriff nötig ist und zudem die Gefahr einer Hirnentzündung besteht, wird sie aktuell nur in besonderen Fällen durchgeführt. Die Messung direkt im Hirngewebe ermöglicht allerdings weitaus genauere Messungen als an der Kopfhaut.

Die zweite Methode neben der elektrischen Messung ist das Messen der hämodynamischen Aktivität unseres Gehirns. Hämodynamik bezeichnet die Strömungsmechanik des Blutes in unserem Körper. Diese wird mit Hilfe einer funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) oder einer Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) erfasst.

Egal, wie die Messung letztendlich durchgeführt wird, werden die Daten anschließend mit Hilfe von Rechnern zur Mustererkennung analysiert und in Steuersignale umgewandelt. Die Mustererkennung ist allerdings kein einfaches Verfahren und kann je nach Anwendungsgebiet Stunden, Tage oder sogar  Wochen dauern. Gehirn und Computer müssen sich nämlich erstmal „aufeinander einstellen“.

Ein Mann testet eine BCI-gesteuerte Prothese. © National Science Foundation/NBC/VR-World

Ein Mann testet eine BCI-gesteuerte Prothese. © National Science Foundation/NBC/VR-World

3. Was haben Brain-Computer-Interfaces mit Prothesen zu tun?

  • Sie ermöglichen Prothesenträgern das Kontrollieren ihrer Prothesen mit ihren Gedanken

Eines der potentiell wichtigsten Einsatzfelder von Brain-Computer-Interfaces ist die Unterstützung körperlich behinderter Menschen. Ärzte und Forscher arbeiten weltweit an Prothesen, die direkt von den Nervenimpulsen des jeweiligen Prothesenträgers gesteuert werden. Der Schlüssel zu dieser Impulsübertragung sind natürlich die hier beschriebenen Schnittstellen.

BCI können aber nicht nur dabei helfen, einzelne künstliche Gliedmaßen mit Gedankenkraft zu steuern. Auch die Steuerung kompletter Exoskelette ist in der Theorie möglich und könnte sogar querschnittsgelähmten Menschen wieder das Laufen ermöglichen.

Ein weiterer Bereich sind sensorische Prothesen, die nicht direkt mit dem Gehirn, sondern mit einem Sinnesorgan verbunden sind. Eine bereits erprobte Schnittstelle ist das Cochlea-​Implantat zur Unterstützung der Hörfunktion. Konkret handelt es sich dabei um eine Spule, die hinter dem Ohr über Elektroden den Hörnerv stimuliert.

Ebenso gibt es bereits Retina-Implantate für sehbehinderte bzw. blinde Menschen. Sofern nur die Netzhaut und nicht der eigentliche Sehnerv beschädigt ist, leiten diese Implantate Lichtmuster in Form elektrischer Signale an den Nerv und ermöglichen dem Träger so wieder visuelle Wahrnehmungen.

Der Nucleus 6 Soundprozessor ist ein Hörgerät, das nicht etwa mit herkömmlicher Schallverstärkung arbeitet, sondern Klänge in elektrische Signale umwandelt und durch den Schädelknochen an den Hörnerv sendet. © Cochlea

Der Nucleus 6 Soundprozessor ist ein Hörgerät, das nicht etwa mit herkömmlicher Schallverstärkung arbeitet, sondern Klänge in elektrische Signale umwandelt und durch den Schädelknochen an den Hörnerv sendet. © Cochlea

4. Welche zukünftigen BCI-Anwendungsfelder sind abzusehen?

  • Theoretisch werden sich in Zukunft sämtliche Geräte durch unsere Gedanken steuern lassen

BCI-basierte Prothesen, die Gliedmaßen oder Sinnesorgane unterstützen oder sogar ersetzen, sind natürlich nur der Anfang. In den nächsten Jahren und Jahrzehnten werden Mensch und Computer zunehmend verschmelzen. Die von der Science Fiction beflügelte Idee vom Cyborg, einem Mischwesen aus lebendigem Organismus und Maschine, ist deswegen gar nicht mehr so weit entfernt.

In Tierversuchen haben Wissenschaftler mit Hilfe von BCIs bereits Ratten das Sehen von Infarotstrahlung und Affen das Steuern zusätzlicher Roboterarme beigebracht. In nicht allzu weit entfernter Zukunft werden deshalb womöglich aktuelle Mensch-Maschine-Schnittstellen wie Tastaturen, Joysticks oder Touchscreens komplett überflüssig sein.

Stattdessen werden wir alle Gerätschaften in unserem Umfeld direkt mit unseren Gedanken fernsteuern, während wir unsere Umwelt dank digital erweiterter Sinnesorgane auf neuartige Weise wahrnehmen. Wer braucht noch eine Taschenlampe, wenn er den Nachsicht-Modus bereits in sein Augenpaar implantiert hat?

5. Was haben Brain-Computer-Interfaces mit VR zu tun?

  • Sie ermöglichen die direkte Kontrolle via Gedanken über die virtuelle Welt und machen Controller überflüssig

Für Virtual Reality gilt, so unmittelbarer und natürlicher wir mit der virtuellen Welt interagieren und uns in ihr bewegen können, umso immersiver ist die VR-Erfahrung. Was liegt also näher, als zukünftig auch unsere virtuellen Avatare innerhalb künstlicher Welten direkt mit unseren Gedanken zu steuern?

Computer-gestützte Augen-Implantate wie im Sci-Fii-Film Ghost in the Shell sind in einfacherer Form bereits heute Realität. © Paramount Pictures

Computer-gestützte Augen-Implantate wie im Sci-Fi-Film Ghost in the Shell sind in einfacherer Form bereits heute Realität. © Paramount Pictures

Bewegungscontroller wie PlayStation Move oder Oculus Touch sorgen bei VR-Spielen bereits heute für eine direkte Übertragung von Körperbewegungen in Virtual Reality. Eine noch direktere Schnittstelle zwischen unserem Gehirn und der virtuellen Welt wäre da nur der konsequente nächste Schritt.

Einige Wissenschaftler arbeiten sogar bereits daran, diesen Schritt zu machen. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben beispielsweise Testpersonen durch Stimulation bestimmter Hirnregionen vorgegaukelt, die virtuellen Hände ihrer Avatare zu spüren.

6. Welche Unternehmen sind im BCI-Bereich aktiv?

  • Praktisch alle wichtigen Tech-Unternehmen, die im Internet heute Vormachtstellung haben, forschen zumindest in diesem Bereich (Google, Facebook, Microsoft usw.).

Nicht nur Unternehmen aus der Medizin-Technik sind bereits heute im Bereich der Gehirn-Computer-Schnittstellen aktiv. Im ganzen Silicon Valley, dem Internet- und Tech-Mekka in der in der Bucht von San Francisco, gilt die Technik bereits als das nächstes große Ding.

Schätzungen besagen, dass bereits heute jährlich über 100 Milliarden Dollar von Unternehmen in die Erforschung der Verbindung von Computer und Gehirn investiert wird. Die Menge an Patenten und Patentanmeldungen ist in den vergangenen zehn Jahren um 500 Prozent gestiegen.

Tesla-Chef Elon Musk hat 2016 das Start-Up Neuralink gegründet, das an Schnittstellen zwischen Computer und Gehirn forscht. © TED/VR-World

Tesla-Chef Elon Musk hat 2016 das Start-Up Neuralink gegründet, das an Schnittstellen zwischen Computer und Gehirn forscht. © TED/VR-World

Ganz vorne mischen dabei Firmen wie Microsoft, Accenture oder IBM mit. Ebenso erhofft sich Tesla-Chef Elon Musk Großes von der zukunftsweisenden Technologie. Der Start-Up-Visionär möchte mit ihrer Hilfe unsere Gehirne optimieren. Durch gezielte Impulse im Hippocampus sollen wir etwa intelligenter, lustiger, oder sexier werden.

Kein Wunder also, dass aktuell mit einer möglichen breiten Anwendung von Brain-Computer-Interfaces in unserem Leben viele Diskussionen einhergehen. Denn das Erfassen und Lesen unserer Gehirnaktivitäten stellt die Menschheit vor große ethische und rechtliche Fragen.

7. Können BCIs dem Menschen zur Gefahr werden?

  • Durchaus ja, denn wie jede bahnbrechende Technologie kann sie natürlich missbraucht werden

Sollten wir wirklich eines Tages alle Geräte und Anwendungen in unserem Umfeld mit dem Gehirn steuern, stehen den Betreibern dieser Technologien natürlich sämtliche Daten unserer Gehirnaktivitäten zur Verfügung. Es ist deshalb nicht schwer sich vorzustellen, warum Internet-Giganten wie Google oder Facebook großes Interesse daran haben, denn mit nichts lässt sich in der Digital-Branche so viel Geld machen, wie den Verhaltensdaten von Nutzern.

Durch die direkte Verbindung von unseren Gehirnen mit den technischen Infrastrukturen von Unternehmen würde praktisch die letzte Schranke unserer Privatsphäre fallen – und die ist ja bekanntlich schon heute stark unter Beschuss. Unsere Likes und Klicks ermöglichen es Internetunternehmen schon heute, indirekt in unsere Köpfe zu blicken. BCIs würden hier einfach die noch direktere Brücke schlagen.

Heute steuern wir VR-Anwendungen mit Controller-Bewegungen. Morgen vielleicht schon mit unseren Gedanken? © HTC

Heute steuern wir VR-Anwendungen mit Controller-Bewegungen. Morgen vielleicht schon mit unseren Gedanken? © HTC

Im Moment ist diese Vorstellung noch Zukunftsmusik. Trotzdem müssen wir heute bereits die Auswirkungen von Brain-Computer-Interfaces diskutieren, wenn wir sie zukünftig sicher und zu unserem Vorteil einsetzen wollen. Denn wie jede bahnbrechende Entwicklung eröffnet sie Möglichkeiten, die uns als Gesellschaft entweder nützen oder schaden können.

VR, AR, Künstliche Intelligenz: Die Zukunft beginnt jetzt!

Falls ihr euch für weitere Technologien interessiert, die uns in den nächsten Jahrzehnten entscheidend prägen werden, werft einen Blick in unser Special über Künstliche Intelligenz. Dort erklären wir unter anderem den Unterschied zwischen schwacher und starker KI und bieten einen Ausblick darauf, wie sie unser Leben verändern wird.

Ein weiterer interessanter Trend auf dem Technik-Markt sind Smart Glasses. Werden die Augmented Reality-Brillen schon bald das Smartphone ablösen? Findet es bei uns heraus! Auch der VR-Markt ist in Sachen Weiterentwicklung stark in Bewegung. In unserem Oculus Quest-Hub beantworten wir zum Beispiel alle Fragen um die neue Standalone-VR-Brille der Facebook-Tochter.

Derweil gibt Pimax mit seinen Hochleistungs-Headsets 8K und 5K+ den Startschuss für die nächste Generation von VR-Brillen. Ebenso hat PlayStation-Hersteller Sony bereits seinen Blick auf die VR-Zukunft gerichtet. In einem Special verraten wir alle bisher bekannten Details und Gerüchte zur PlayStation VR 2.

Was haltet ihr von Brain-Computer-Interfaces? Seid ihr begeistert von den Möglichkeiten, die sich eröffnen, oder machen sie euch eher Angst? Diskutiert mit uns in den Kommentaren!

Wollt ihr noch mehr VR? Dann empfehlen wir euch wärmstens unseren Facebook-Kanal, sowie den VR-World-Newsletter (Anmeldung weiter unten auf dieser Seite).

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