Neurowissenschaft

Geniales Gehirn: Was Gedanken wirklich können

Neurowissenschaftler können in unser Gehirn blicken und lesen, was wir denken. Dazu kommen auch angenehmere Visionen – zum Beispiel Prothesen, die sich durch Gedankenkraft steuern lassen.

Gedanken

© istock/bowie15

„Die Gedanken sind frei, wer kann sie erraten“ lautet die erste Zeile des berühmten deutschen Volkslieds von Hoffmann von Fallersleben. Doch wie lange noch? Weltweit versuchen Forscher immer tiefer in die Geheimnisse des menschlichen Gehirns einzudringen. Dabei vollbringen Neurowissenschaftler nahezu Unglaubliches: Sie transplantieren Nerven, legen Schrittmacher ins Gehirn und verbinden unser Denkorgan mit Computern.

Das ist aber erst der Anfang: Künftig wird es noch viel mehr Möglichkeiten geben, in das Denken einzugreifen. Wo aber liegen die Grenzen beim Eingriff in das Gehirn? Ist bald Schluss mit Seitensprüngen und sonstigen Heimlichkeiten? Werden wir mit unseren Gedanken bald Maschinen steuern? Fest steht jedenfalls: Für die Medizin entstehen sensationelle Chancen.

Das Prinzip des Hirnsehens

Professor John Dylan Haynes vom Bernstein Center for Computational Neuroscience in Berlin ist einer der weltweit führenden Köpfe in der Hirnforschung. Seit Jahren beschäftigt er sich damit, Gedanken durch Beobachtung der Vorgänge im Gehirn zu entschlüsseln. Haynes weiß genau, was eine Person denkt, bevor sie selbst es weiß. Er spricht dabei von „Hirnsehen“.

Der Forscher ist in der Lage zu bestimmen, wie die Nerven im Denkorgan bei bestimmten Gedanken reagieren. Hierzu vermisst er das Gehirn von Versuchspersonen mit einem Magnetresonanztomographen – und das dreidimensional. Der Grund: Bei jedem Gedanken werden verschiedene Hirnareale angesprochen, deren Aktivität so sichtbar wird. Sieht der Proband beispielsweise ein Auto, wird in einem Hirnareal die Farbe erkannt und in einem anderen die Form. Schließlich vergleicht der Denkapparat das Gesamtbild mit den bisher gemachten Erfahrungen.

Die Testteilnehmer wissen dabei nicht, warum sie sich die Autos anschauen sollen. Das Verblüffende: Haynes und seine Kollegen können schon vor den Probanden sagen, welches Auto diese schön und welches sie hässlich gefunden haben.

Mit der Außenwelt in Kontakt

Der Hirnforscher Niels Birbaumer und seine Kollegen vom Institut für Medizinische Psychologie arbeiten seit über fünf Jahren daran, dass schwerstgelähmte Menschen mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle wieder kommunizieren können. Denn dazu ist keine Muskelbewegung wie bei der gesprochenen Sprache oder Tastaturbedienung nötig.

Kirsten R. leidet an einer degenerativen Krankheit des motorischen Nervensystems – kurz ALS (Amytrophe Lateralsklerose). Sie kann sich kaum noch bewegen und auch nicht mehr sprechen. Irgendwann wird sie in einem gänzlich unbeweglichen Körper leben. Denn das fortschreitende Leiden zerstört die Nervenzellen, die für die Steuerung von Bewegungen zuständig sind. In der Regel endet die Krankheit nach mehreren Jahren tödlich.

Damit die Patientin mit ihrer Umwelt kommunizieren kann, wird ihr eine Art Badekappe aufgesetzt, die mit Sensoren bestückt ist. Diese messen ihre Gehirnaktivitäten und übertragen die Daten auf eine Software.
„Die Gedanken sind frei, wer kann sie erraten“ lautet die erste Zeile des berühmten deutschen Volkslieds von Hoffmann von Fallersleben. Doch wie lange noch? Weltweit versuchen Forscher immer tiefer in die Geheimnisse des menschlichen Gehirns einzudringen. Dabei vollbringen Neurowissenschaftler nahezu Unglaubliches: Sie transplantieren Nerven, legen Schrittmacher ins Gehirn und verbinden unser Denkorgan mit Computern.

Das ist aber erst der Anfang: Künftig wird es noch viel mehr Möglichkeiten geben, in das Denken einzugreifen. Wo aber liegen die Grenzen beim Eingriff in das Gehirn? Ist bald Schluss mit Seitensprüngen und sonstigen Heimlichkeiten? Werden wir mit unseren Gedanken bald Maschinen steuern? Fest steht jedenfalls: Für die Medizin entstehen sensationelle Chancen.

Das Prinzip des Hirnsehens

Professor John Dylan Haynes vom Bernstein Center for Computational Neuroscience in Berlin ist einer der weltweit führenden Köpfe in der Hirnforschung. Seit Jahren beschäftigt er sich damit, Gedanken durch Beobachtung der Vorgänge im Gehirn zu entschlüsseln. Haynes weiß genau, was eine Person denkt, bevor sie selbst es weiß. Er spricht dabei von „Hirnsehen“.

Der Forscher ist in der Lage zu bestimmen, wie die Nerven im Denkorgan bei bestimmten Gedanken reagieren. Hierzu vermisst er das Gehirn von Versuchspersonen mit einem Magnetresonanztomographen – und das dreidimensional. Der Grund: Bei jedem Gedanken werden verschiedene Hirnareale angesprochen, deren Aktivität so sichtbar wird. Sieht der Proband beispielsweise ein Auto, wird in einem Hirnareal die Farbe erkannt und in einem anderen die Form. Schließlich vergleicht der Denkapparat das Gesamtbild mit den bisher gemachten Erfahrungen.

Die Testteilnehmer wissen dabei nicht, warum sie sich die Autos anschauen sollen. Das Verblüffende: Haynes und seine Kollegen können schon vor den Probanden sagen, welches Auto diese schön und welches sie hässlich gefunden haben.

Mit der Außenwelt in Kontakt

Der Hirnforscher Niels Birbaumer und seine Kollegen vom Institut für Medizinische Psychologie arbeiten seit über fünf Jahren daran, dass schwerstgelähmte Menschen mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle wieder kommunizieren können. Denn dazu ist keine Muskelbewegung wie bei der gesprochenen Sprache oder Tastaturbedienung nötig.

Kirsten R. leidet an einer degenerativen Krankheit des motorischen Nervensystems – kurz ALS (Amytrophe Lateralsklerose). Sie kann sich kaum noch bewegen und auch nicht mehr sprechen. Irgendwann wird sie in einem gänzlich unbeweglichen Körper leben. Denn das fortschreitende Leiden zerstört die Nervenzellen, die für die Steuerung von Bewegungen zuständig sind. In der Regel endet die Krankheit nach mehreren Jahren tödlich.

Damit die Patientin mit ihrer Umwelt kommunizieren kann, wird ihr eine Art Badekappe aufgesetzt, die mit Sensoren bestückt ist. Diese messen ihre Gehirnaktivitäten und übertragen die Daten auf eine Software.

Der Mensch denkt, der Computer schreibt

Das System funktioniert folgendermaßen: Auf einer Matrix sind alle Buchstaben des Alphabets abgebildet. Kirsten muss sich jetzt nur auf einen Buchstaben konzentrieren. Sobald der richtige Buchstabe aufleuchtet, registrieren die Sensoren eine verstärkte Hirnaktivität. Die Software speichert den Buchstaben als erkannt ab. So kann Kirsten Ritter sogar ganze Sätze schreiben. Sie kann wieder Wünsche äußern und sich mit Menschen unterhalten. Noch ist diese Technik nur begrenzt anwendbar. Die Hirnforscher wollen aber eines Tages damit die Medizin revolutionieren.

Die Hand ist mehr als nur ein Werkzeug des Menschen. Mit ihr essen und trinken wir, berühren wir, drücken wir unsere Gefühle aus. Doch was ist, wenn wir eine Hand durch einen Unfall verlieren? Forscher erhoffen sich von der Verbindung zwischen menschlichem Gehirn und Computer, Gelähmten künftig das Leben enorm erleichtern zu können.

Hightech-Arme aus Österreich

In Österreich ist es Forschern gelungen, künstliche Arme zu entwickeln, die allein durch die Kraft der Gedanken gesteuert werden. Die Patienten müssen sich die Bewegung nur vorstellen und die Prothese führt sie anschließend aus. Weltweit erleichtert diese Hightech-Lösung bislang erst sieben Menschen das Leben. Einer davon ist der 20-jährige Christian Kandlbauer aus der Steiermark.

2005 rangen Ärzte der Universitätsklinik Wien um sein Leben. Als er auf einen Strommast geklettert war, jagten 20.000 Volt durch seinen Körper. Seine beiden Arme mussten angesichts der starken Verletzung amputiert werden. Ein künstliches neurales Netz soll jetzt garantieren, dass sich die Arme zum selben Moment bewegen, in dem Christian Kandlbauer sie gedanklich bewegt. Mit der neuen Prothese kann er bis zu sieben Bewegungen gleichzeitig durchführen. Herkömmliche Prothesen hingegen lassen nur bis zu drei Bewegungen zu.

Computerspiele mit Gedanken steuern

Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer eröffnen auch die Möglichkeit, PC-Games zu revolutionieren. So präsentierte die in San Francisco ansässige Firma Emotiv Systems eine Neuentwicklung für Spielehersteller: das „Emotiv Development Kit“ – ein Headset kombiniert mit Messfühlern, darunter Sensoren zur Ermittlung der Hirnaktivität. Auf diese Weise ist es möglich, dass virtuelle Spielfiguren auf Mimik und Gemütszustand des Gamers reagieren. Dieser kann somit allein durch die Kraft seiner Gedanken Einfluss auf das Geschehen im Computerspiel nehmen.
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