Drohne erfolgreich durch Gedanken gesteuert: in die Zukunft mit Brain-Computer-Interfaces

Manchmal hat der Journalismus ein überraschend kurzes Gedächtnis. So ging vor wenigen Wochen die Nachricht viral, dass ein vom Hals abwärts gelähmter Patient nur mit seinen Gedanken eine virtuelle Drohne in einem Videospiel steuern konnte (1). Einem Forschungsteam der Universität Stanford gelang der Erfolg durch die Implantation von 96 Elektroden in das Gehirn des Patienten, dessen elektrische Signale so in Echtzeit übertragen und von einem Computer ausgelesen werden konnten – es entstand ein Brain-Computer-Interface (BCI).

So weit so gut, preisverdächtig, würde man denken. Nur waren wir vor einer Dekade schon weiter: bereits im Jahr 2013 gelang es Forscherinnen und Forschern der University of Minnesota, eine echte Drohne gedanklich sehr präzise fernzusteuern – und zwar nicht-invasiv, nur mittels EEG (Elektroenzephalographie) (2). Hier das entsprechende Video der Uni Minnesota:

Zugegeben, das Projekt von 2013 wurde an Gesunden durchgeführt. Doch gibt eigentlich keinen Grund anzunehmen, dass echte Patientinnen und Patienten von der Methode nicht profitieren könnten. Das EEG ist eines der ältesten neurowissenschaftlichen Messinstrumente (1924 am Menschen etabliert) und ein internationaler Standard in Forschung und Medizin. Es misst die elektrischen Signale des Hirns durch Elektroden, die per Kappe an der Schädeloberfläche angebracht werden. Da hier, anders als beim virtuellen Experiment, nichts in das Gehirn gesteckt werden muss, ist das EEG als Methode völlig risikofrei.

Mir persönlich scheinen die News aus Stanford deshalb eher marketingtechnisch motiviert zu sein. Doch der Fortschritt in Sachen BCI ist längst viel weiter – so weit, dass sich gravierende ethische Fragen am Horizont abzeichnen, die früher Stoff für Science-Fiction Filme waren. Doch dazu gleich mehr. Zunächst noch ein paar Beispiele echten Fortschritts von BCIs in der Medizin.

Brain-Computer-Interfaces: alles ist denkbar

Für ein BCI benötigt man mindestens eine Schnittstelle zwischen dem Gehirn als Sender und einem Computer als auslesender Empfänger. Bestimmte Signalmuster müssen dann einfach mit dem gewünschten Output kodiert werden. Am Beispiel der Drohnen: der Gedanke an Finger- und Handbewegungen in bestimmte Richtungen wurde vom Computer als Richtung für die Drohne interpretiert. Von diesem Grundmodell aus ist jedoch alles Mögliche denkbar – man kann z.B. via Bio-Feedback oder über einen Bypass verschiedenste Systeme ansteuern: Motorik, Sensorik oder auch Sprache.

Gedanken aus dem Gehirn an die Wirbelsäule – mit WLAN?

Ein Beispiel für einen besonders kreativen Bypass ist der Fall des Gert-Jan Oskam (3). Der 40-jährige war seit einem Fahrradunfall durch Verletzungen der Wirbelsäule paralysiert, kann jedoch dank eines BCI heute wieder laufen. Ein permanentes Elektrodenimplantat im Gehirn sendet – wireless – seine Gedanken an ein weiteres Implantat, diesmal in der (gesunden) Wirbelsäule. Stellt man sich die Wirbelsäule als Kabel vor, so wurde bei Gert-Jan Oskam quasi per WLAN der kaputte Teil des Kabels übersprungen. Das Signal aus seinem Gehirn hat die Verletzung überbrückt und wurde direkt an nachgeschaltete, gesunde Nervenbahnen gesendet. Die so gelungene Heilung von der Paralyse ist ein echtes Wunder der modernen Neurowissenschaft und der Neurochirurgie.

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Der Mensch wird nun Teil des Internets

Um Operationen am offenen Gehirn zu vermeiden, sind mittlerweile „Stentroden“ im Einsatz, also Sensoren, die man minimalinvasiv über die Blutbahn bis in die Hirngefäße vorschiebt (4). Dort können sie dann bleiben, nah am Cortex, und Signale immer noch auslesen. Diese Signale werden dann an einen Empfänger geschickt, der beispielsweise an der Brust implantiert ist und der die Signale interpretiert. Dieser Empfänger kann dann wiederum die gedankliche Aufforderung – natürlich wieder wireless – in jeden beliebigen Output umsetzen: in einem Smarthome könnte eine paralysierte Person so das Licht an- und ausschalten, Geräte bedienen, Texte schreiben und verschicken, vielleicht gar Essen bestellen und die Pflegekraft darüber informieren. Oder via Gedanken das E-Auto aus der Garage holen.

Stentroden sind noch ziemlich experimentell. Doch es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Neurowissenschaft so weit ist, den Menschen an das Internet of things anzuschließen.

Patient erlangt seine Sprache wieder – dank Brain-Computer-Interface

Ein weiterer klinischer Fall wurde jüngst im New England Journal of Medicine publiziert (5). Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist jene paralysierende Krankheit, an der auch Stephen Hawking litt. Die Lähmung der Muskulatur dehnt sich unaufhaltsam auf immer weitere Teile des Körpers aus – bis die Patientinnen und Patienten sogar ihr Sprachvermögen verlieren. Doch mithilfe eines BCIs konnte ein Patient der University of California seine Gedanken nahezu in Echtzeit in eine computergenerierte Stimme übersetzen, die seiner eigenen nachempfunden war.

Normalerweise geht der erfolgreichen Entschlüsselung der Hirnaktivität ein langes Training des Computers voraus. Doch in Zeiten immer leistungsstärkerer Künstlicher Intelligenz minimiert sich diese Trainingsphase immer weiter. Am ersten Tag der Anwendung war die Erfolgsrate der Übersetzung der Hirnströme schon bei annähernd 100%. Nach acht Monaten und mit einem Vokabular von 125.000 Wörtern lag die Rate nach wie vor bei knapp 100%. Dem Patienten wurde seine Stimme zurückgegeben.

Medizin, Militär oder Matrix?

So schön diese medizinischen Erfolge sind, so bergen sie philosophisch und ethisch doch ein enormes Potential für inhumane Verwerfungen. Es ist ganz einfach: mit der Erfindung des Stromnetzes wurde auch der Blackout erfunden. Mit der Digitalisierung von Patientenakten wurden tausende Krankenhäuser plötzlich durch Hacker erpressbar – häufig ist die Gesundheit politischer Prominenz das Ziel solcher Hackangriffe. Nebenbei: die eben erwähnte Studie zur Sprach-Dekodierung hat das US-Verteidigungsministerium finanziert.

Philosophische Initiativen für eine Humanisierung der Digitalisierung gibt es immerhin seit ein paar Jahren (6). Unser Gehirn aber macht uns aus. In ihm ist alles enthalten, was unsere Identität prägt. Nun, da mit Elon Musk der reichste Mann der Welt und Besitzer einer BCI-Firma, NeuraLink, die US-Politik ganz offen zu Gunsten seiner Geschäftsinteressen formt, sei die ethische Frage gestattet: sollten Unternehmen mit der intimsten Information des Menschen, nämlich seiner Hirnaktivität, überhaupt Geschäfte machen dürfen?

Die Digitalisierung und die Datafizierung der Welt, das Uploaden immer sensiblerer Daten hat einen Preis. Wenn nun der Mensch demnächst seine eigene Großhirnrinde per WLAN an das Internet anschließt, dann wird das Schadenspotential – nun, sagen wir, es wird Gegenstand kreativer Überlegungen. Wenn alle möglichen Varianten von BCIs denkbar sind, mit allen möglichen Outputs, dann können auch alle möglichen Inputs denkbar werden. Wäre eine Art Matrix möglich? Ein ‚digitales Koma‘? Könnten Menschen irgendwann hackbar werden, wie im Sci-Fi Klassiker Ghost in the Shell? Oder primitiv aber effektiv: könnte man ein BCI-Gehirn rösten, einfach durch Erzeugen einer Dauer-Epilepsie? Da weder die USA noch China den neurotechnologischen Fortschritt in den nächsten Jahren regulieren werden, sollte sich Europa schnellstens einig darüber werden, wo wir die Grenze zwischen Wünschbarkeit und Machbarkeit ziehen wollen – zwischen medizinischem Wunder und technologischem Horror.

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Quellen

(1) Willsey, M. S., Shah, N. P., Avansino, D. T., Hahn, N. V., Jamiolkowski, R. M., Kamdar, F. B., … & Henderson, J. M. (2024). A real-time, high-performance brain-computer interface for finger decoding and quadcopter control. bioRxiv, 2024-02.

(2) LaFleur, K., Cassady, K., Doud, A., Shades, K., Rogin, E., & He, B. (2013). Quadcopter control in three-dimensional space using a noninvasive motor imagery-based brain–computer interface. Journal of neural engineering, 10(4), 046003.

(3) Lorach, H., Galvez, A., Spagnolo, V., Martel, F., Karakas, S., Intering, N., … & Courtine, G. (2023). Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface. Nature, 618(7963), 126-133.

(4) Minimally Invasive Technology Offers Paralyzed People Greater Function

(5) Card, N. S., Wairagkar, M., Iacobacci, C., Hou, X., Singer-Clark, T., Willett, F. R., … & Brandman, D. M. (2024). An accurate and rapidly calibrating speech neuroprosthesis. New England Journal of Medicine, 391(7), 609-618.

(6) Was ist digitaler Humanismus – und was bedeutet er in Zeiten von generativer KI? | bidt DE