Brainwave

BCI und TTD

Das Thought Translation Device
eine Gehirn-Computer Schnittstelle

Ein System, das eine direkte Verbindung zwischen Gehirn und Computer herstellt, wird als Brain-Computer-Interface (BCI, Gehirn-Computer- Schnittstelle) bezeichnet. Das Thought Translation Device (TTD) ist ein BCI, mit dem es möglich ist, über die Selbststeuerung von Hirnsignalen (EEG) auf einem Computerbildschirm Buchstaben auszuwählen und so zu kommunizieren.

Blockdiagramm des TTD als Neurofeedback- Gehirn-Computer Kommunikationsinterface Das Thought Translation Device (TTD) besteht aus EEG-Feedbackschleife, in der das EEG einer Person über einen EEG-Verstärker einem Computer zugeführt wird, der die Signale verarbeitet und einen Teil davon in Form eines Feedbacksignals wieder der Person auf einem Monitor zeigt oder akustisch präsentiert. Hat der Benutzer gelernt dieses Signal zu kontrollieren – und der Computer, es zu klassifizieren, so kann sie dem Computer dadurch Befehle übermitteln oder durch Buchstabenauswahl kommunizieren. Die TTD-Software hat dabei die Aufgabe, die EEG- Daten zu erfassen, zu speichern, sie in mathematischen Algorithmen zu verarbeiten, aus dem Feedbacksignal die Absicht des Benutzers zu erkennen (klassifizieren) und ein Interface zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist, zu scheiben oder auch periphere Geräte zu steuern. Die Programmierung und technische Realisation erfolgte wesentlich durch Dr. Thilo Hinterberger am Institut für Medizinische Psychologie an der Universität Tübingen.

Allen BCI-Systemen ist zur Zeit noch gemeinsam, daß nur eine sehr zeitaufwendige Kommunikation möglich ist. Obwohl bei den verschiedenen BCI zur Auswahl von Buchstaben unterschiedliche Methoden verwendet werden, benötigt die Erzeugung eines Buchstabens meist mehrere Sekunden bis über eine Minute. Wir sind gewohnt, daß Kommunikation im täglichen Leben sehr schnell ist. Verbal können ca. 800 Zeichen (Buchstaben) pro Minute übermittelt werden; über die Tastatur einer Schreibmaschine oder eines Computers sind es immer noch 100 bis 200.


Damit wird der beschränkte Einsatzbereich bisheriger BCI deutlich. Daher sind die derzeitigen BCIs hauptsächlich für gelähmte Menschen („locked-in Syndrom infolge von Hirnstammblutung, Amyotropher Lateralsklerose (ALS), spinaler Muskeldystrophie und anderer degenerativer neurologischer Erkrankungen) von Interesse, die keinerlei Muskelfunktionen mehr zur Verfügung haben, um ein herkömmliches Kommunikationssystem zu bedienen. Aufgrund der sowohl zeitlich als auch finanziell aufwendigen Entwicklung eines BCI gemeinsam mit Locked-In-Patienten, fand eine komplexe Kommunikation mit ALS- Patienten erstmals mit dem von der Arbeitsgruppe um Prof. Niels Birbaumer entwickelten Thought Translation Device statt.

Ein als ALS erkrankter Patient bei der Bedienung des ersten TTD-basierten Web-Browsers. Durch die fortgeschrittene Amytrophe Lateralsklerose wird er bereits künstlich beatmet und ernährt. Mit nur wenigen Elektroden auf seinem Kopf ist er in der Lage, Kraft seiner Gedanken, seine langsamen Hirnpoteniale mit über 90% Zuverlässig zu steuern. Dennoch sind solche Systeme schon geeignet für vollkommen gelähmte Patienten. Bedürfnisse müssen geäußert werden können, so daß die Aufrechterhaltung der Kommunikation ein entscheidender Faktor für die Lebensqualität ist. Unser Hauptaugenmerk richtet sich auf die bislang unheilbare ALS, an der in Deutschland etwa fünf- bis sechstausend Menschen erkrankt sind. Die ALS äußert sich in einer fortschreitenden Muskellähmung, verursacht durch die Degeneration des ersten und zweiten Motoneurons, die im Endstadium zum Ausfall der gesamten Willkürmotorik bei intakten kognitiven Funktionen führen kann. Da auch die Atemmuskulatur davon betroffen ist, sterben diese Menschen meist an Ateminsuffizienz. Entschließen sie sich jedoch zur künstlichen Heimbeatmung, können sie unter ausreichender Pflege über Jahre hinweg weiterleben. Selbst in diesem Stadium geben viele ALS-Patienten an, trotz ihrer Lage zufrieden zu sein. Dafür ist jedoch die Möglichkeit der Kommunikation entscheidend. Ist noch eine ausreichende willkürliche muskuläre Aktivität vorhanden, so kann der Patient über elektronisch verstärkte Muskelspannungen oder kleine Bewegungen einen Signalgeber bedienen. Kommt jedoch die letzte motorische Reaktion zum Erliegen, was bei ALS nicht auszuschließen ist, so kann die im Feedbacktraining erlangte Fähigkeit dazu benutzt werden, Signale zu geben und damit zu einer entscheidenden Lebenshilfe werden. Die Voraussetzung für eine direkte Gehirn- Computer-Kommunikation ist jedoch, daß diejenigen Gehirnregionen, die für das entscheidende EEG- Signal verantwortlich sind, noch funktionsfähig sind.

Hier erfahren Sie mehr über die Methode dieser alternativen Kommunikationsmöglichkeit.

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