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Hilfe für Querschnittsgelähmte

Gehirn-Computer-Interface ermöglicht Rollstuhl-Steuerung per Gedanken

Eine neue Gehirn-Computer-Schnittstelle ermöglicht die Steuerung des Rollstuhls per Gedanken. Das BCI-System soll querschnittsgelähmten Personen in Zukunft eine selbstständige Fortbewegung ermöglichen. Erste Probanden haben einen Hindernisparcours bereits erfolgreich absolviert, marktreif ist die Technologie aber noch nicht.

Bochum (Deutschland). Ein internationales Team aus Wissenschaftlern der Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und des BG Universitätsklinikums Bergmannsheil in Bochum haben ein Forschungsprojekt vorgestellt, dessen Ziel es ist eine Gedankensteuerung zu entwickeln, die es querschnittgelähmten Menschen ermöglichen soll ohne Hilfe mobil zu sein. Dazu wurde ein Brain-Computer-Interface (BCI) entwickelt, dass die elektrischen Gehirnimpulse des Fahrers erkennt und in Steuerungsbefehle für den elektrischen Rollstuhl umwandelt.

Nachdem Abschluss des Trainings konnten die ersten querschnittgelähmten Probanden mit einem elektrischen Rollstuhl und dem BCI bereits eine Teststrecke mit Kurven, Hindernissen und Richtungswechsel erfolgreich abfahren.

Brain-Machine-Interface liest Gehirnimpulse

Bevor der Rollstuhl per Gedanken gelenkt werden kann, ist es nötig, dass BCI individuell auf den Fahrer zu trainieren. Dazu werden die elektrischen Impulse des Gehirns über eine Enzephalographie-Haube (EEG) ausgelesen, die sich auf dem Kopf der Probanden befindet. Der Computer lernt so, welcher Impuls bei welcher gewünschten Aktion des Rollstuhls vom Gehirn abgegeben wird.

In der ersten Phase des Trainings werden die Gehirnströme der Menschen durch das BCI-System im Ruhezustand gespeichert. Danach stellt sich der Proband unterschiedliche Bewegungsmuster vor, die jeweils andere anatomische Regionen im Bewegungszentrums des Gehirns ansprechen. Anhand der Trainingsdaten filtert das BCI anschließend für den Betrieb nutzlose Gehirnströme, die im Ruhezustand aufgezeichnet wurde heraus. Aus den anderen elektrischen Gehirnimpulsen werden Aktivitätsmuster erkannt, aus denen das BCI die gewünschte Bewegung ableitet.

In der Praxis könnte ein Querschnittsgelähmter mithilfe des Systems zum Beispiel einen Steuerungsbefehl auslösen, der den Rollstuhl nach rechts lenkt, indem er gedanklich seine Hände bewegt. Denkt er stattdessen daran wie er seine Füße bewegt, könnte dies eine Linkskurve auslösen, wenn diese Bewegungsidee vorher im Training so definiert wurde.

Künstliche Intelligenz sorgt für Sicherheit

Zur Vermeidung von Unfällen verfügt das BCI außerdem über eine Künstliche Intelligenz (KI), die den Rollstuhl im Notfall selbstständig zum Stillstand bringt. Der Rollstuhl verfügt dafür an der Front über einen Laserscanner und eine Infrarot-Kamera, die unabhängig voneinander zwei 3D-Karten der Umgebung in Echtzeit erstellen. Eine der Karten beinhaltet den geplanten Weg, die zweite Karte konzentriert sich auf Hindernisse. Sollte eine Kollision drohen, stoppt das System die Fahrt des Rollstuhls automatisch.

Wie Prof. Dr. Ramón Martínez-Olivera erklärt, „handelt es sich bei dem Projekt noch um reine Grundlagenforschung.“ Die Wissenschaftler erhoffen sich, dass in Zukunft Menschen, die weder Arme noch Beine nutzen können durch das BCI wieder an Selbstbestimmung und Mobilität gewinnen.

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