Wenn der Computer Gedanken liest.

Von allen Mensch-Maschine-Schnittstellen ist das Brain Computer Interface (BCI) eine der faszinierendsten Technologien. Aber sie löst in vielen Köpfen ein gewisses Unbehagen aus. Zu Recht?

Wenn der Computer Gedanken liest.
medizin-und-technik.industrie.de

Wir schreiben das Jahr 2021. Konzerne beherrschen weitestgehend unseren Alltag, unsere Welt. Die Informationsübertragung ist nicht mehr sicher. Telefone, Computer und Satelliten werden überwacht. Informationen – und somit Daten – sind der Schlüssel zu Macht. Denn wer die Informationen kontrolliert, kontrolliert die Welt. Aber es gibt eine Lösung, eine einzige Möglichkeit, die nicht kontrolliert werden kann, wenn sensible und wichtige Daten von einer zur einer anderen Person transportiert werden: Man speichert Daten direkt in das Gehirn eines menschlichen Kuriers. Auf einem in den Kopf transplantierten Chip.

So sah Hollywood im Jahr 1995 die Zukunft im Film «Vernetzt – Johnny Mnemonic » mit Keanu Reeves in der Hauptrolle. Eine Zukunft, von der wir heute nur drei Jahre entfernt sind. Theoretisch. Zwar gibt es die Technik des Brain Computer Interface (BCI) schon seit ein paar Jahren. Sich aber an einen Computer anschliessen, um Daten herunterzuladen und sie dann auf einen anderen Computer wieder hochzuladen – und zwischendurch auch noch via Virtual Reality und VR-Brille zu telefonieren –, davon sind wir noch ein gutes Stück weit entfernt. 

Die zwei Arten des Brain Computer Interface (BCI).

Sicher, es gibt die Möglichkeit, Elektroden in das Gehirn zu implantieren, mit dem grossen Vorteil, dass die Hirnströme zielsicherer, besser und genauer gemessen werden können. Das erleichtert vom Hals ab gelähmten Personen, zum Beispiel mechanische Arme zu bewegen oder über Computer mit ihren Mitmenschen zu kommunizieren. Dabei werden die Personen zurzeit noch mit einer Docking Station  auf ihrem Kopf mit dem Computer verbunden. 

Inzwischen ist es aber gelungen, eine drahtlose Gedankenübertragung  für den kommerziellen Einsatz zu entwickeln, bei der ein kleines Gerät an der Kopfhaut befestigt und mittels eines sehr dünnen Drahts mit dem Gehirn verbunden wird. Aktuell wird sogar an einer Titanium-Version gearbeitet, die dann im Gehirn implantiert wird und ebenfalls mit Wireless-Technologie ausgestattet ist. Bei all’ den Fortschritten in diesem Bereich bleibt aber ein nicht zu unterschätzender Nachteil des Implantierens: die Infektionsgefahr und Abstossungsreaktionen des Körpers. Deshalb wird auf diesem Gebiet auch weiter intensiv geforscht, um praktikablere Lösungen zu finden. 

Dieses Problem umgehen die traditionellen EEG-Hauben (Elektroenzephalogramm) mehr oder weniger elegant. Sie werden der Person einfach über den Kopf gestülpt und eine Vielzahl an Elektroden misst die Aktivitäten des Gehirns. Dass dies optisch auch wesentlich eleganter und dennoch mit höchster technischer Präzision geht, beweist der Elektroden-Speichenkranz «Squid» des Industrie-Designers Daniel Dürr*. Der Absolvent der Hochschule Darmstadt arbeitete bei seinem Projekt mit Entwicklern des US-Unternehmens Emotiv zusammen, das bereits sogenannte «Brain Wearables» anbietet. Daniel Dürr wurde für seinen «Squid» 2014 mit dem Mia-Seeger-Preis ausgezeichnet. Welchen Stellenwert diese «Brain Wearables» in unserer Gesellschaft bereits haben und wie sie angewendet werden, lesen Sie ein wenig später. Zunächst noch ein kurzer Rückblick auf eine aussergewöhnliche Veranstaltung. 

*Quelle: medizin & technik, Ausgabe 3/2017, www.medizin-und-technik.industrie.de


Faszinierende Höchstleistung beim «Cybathlon Kloten 2016».

Dass BCI nicht nur wissenschaftlich von grosser Bedeutung ist, sondern sogar ein ganzes Hallenstadion begeistern kann, bewies der «Cybathlon Kloten 2016» für Menschen mit Behinderungen in der mit 4'600 Zuschauern ausverkauften SWISS Arena Kloten auf das Eindrucksvollste. Dort traten 15 Teams aus der ganzen Welt in sechs anspruchsvollen Disziplinen gegeneinander an – unter anderem bei «BrainRunners », einem gedankengesteuerten virtuellen Rennen auf dem Computer. Natürlich ganz ohne Maus, Tastatur, Stift oder andere mechanische Hilfsmittel. Einzig Hauben mit Elektroden waren zugelassen, um die Hirnströme zu messen und als Elektroenzephalogramm (EEG) an den Computer zu übertragen. Dieser verarbeitet die Signale und wandelt sie in die entsprechenden Befehle für das bzw. die Spiele um. Veranstaltet wurde der Cybathlon von der ETH Zürich . 2020 wird er wieder in Zürich ausgetragen werden.

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www.srf.ch / ETH Zürich Alessandro Della Bella

Besser Entspannen dank Melomind und BCI.

Aber nicht nur für gehandicapte Menschen ist das Brain Computer Interface eine grosse Hilfe, den Alltag besser bewältigen zu können. Auch für normale Menschen. Sie können dank Melomind dem Stress entfliehen und sich so besser entspannen. Melomind ist ein Kopfhörer mit eingebauten Elektroden. Diese zeichnen die Gehirnströme auf und anhand der Daten wird die passende, entspannende Musik auswählt und über den Kopfhörer abgespielt. Die Aufzeichnung der Gehirnströme erfolgt durch zwei kleine Bügel auf der Rückseite des Kopfhörers, in denen die Elektroden eingearbeitet sind. Die dazugehörige App empfängt die Signale als Elektroenzephalogramm (EEG) und rechnet diese in Musik oder Klangbilder um, die dann wieder an den Kopfhörer gesendet werden. Der Nutzer kann aber auch seine eigene Playlist mit den Empfehlungen der App abgleichen und so die ideale Musik zum Entspannen wählen. Darüber hinaus fungiert die App auch als Coach und lernt selbstständig, den Nutzer noch besser zu unterstützen. Melomind ist seit Oktober 2016 auf dem Markt. 

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www.digitaltrends.com

Das Optimum der Leistungsfähigkeit unseres Gehirns erreichen mit EMOTIV Insight.

Eine andere, sehr spannende Anwendung kommt von EMOTIV. Mit EMOTIV Insight, einem 5-Kanal, kabellosem EEG Headset können die Hirnströme für die kognitive Gesundheit und ein besseres Wohlbefinden gemessen werden, um die eigene Leistungsfähigkeit zu steigern. Dabei werden die Hinströme für Aufmerksamkeit, Engagement, Stress, Begeisterung, Fokussierung und Entspannung aufgezeichnet und sowohl in Kurvendiagrammen als auch absoluten Zahlen dargestellt. Anhand der aktuellen Situation, in der sich der User befindet, und der aufgezeichneten Ergebnisse kann er entscheiden, mit welcher Musik er sich gerne besser konzentrieren, also fokussieren, oder eben besser entspannen kann. Denn die App informiert, welche Beats Per Second (BPS) am besten für welche Situation geeignet sind. Der User kann dann sofort mit der Musikauswahl beginnen und so seinen gewünschten körperlichen und geistigen Zustand erreichen. Absolutes Highlight ist eine 3D Visualisierung der Hirnaktivitäten. Diese Visualisierung hilft ebenfalls dabei, das eigene Gehirn und seine Aktivitäten besser kennen und verstehen zu lernen. Das Ergebnis: eine deutlich verbesserte Lebensqualität. 

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www.emotiv.com

Wo BCI im Moment zum Einsatz kommt.

Was seinen Ursprung zunächst in der Hilfe für Menschen mit Behinderungen nahm, etabliert sich nun mehr und mehr in unserem Alltag. In der Medizin, beim Militär, ganz allgemein in der Industrie, vor allem aber auch in der Unterhaltungsindustrie mit ihrem Spiel- und Freizeitmarkt – weltweit beschäftigen sich bereits über 100 Unternehmen intensiv mit Brain Computer Interface und wie es sinnvoll eingesetzt bzw. genutzt werden kann. Selbst im Automobil- und Flugzeugsektor erfreut sich diese Mensch-Maschine-Schnittstelle erhöhter Aufmerksamkeit. Die Möglichkeit, Computer und Maschinen nur über Gedanken zu steuern, ganz ohne den Einsatz von Armen, Händen, Beinen, Füssen oder der Stimme, hält ganz fantastische Chancen bereit. 

Mensch-Maschine-Schnittstelle – eine grosse Herausforderung für Unternehmen.

Wer bereits unsere Artikel «Mensch 2.0 – auf dem Weg zum Cyborg ?» und «TUI: Benutzerschnittstellen im dreidimensionalen Raum » gelesen hat, wird zustimmen, dass wir einer sehr spannenden Zukunft entgegengehen. Das «Intelligente Maschinenzeitalter» hat schon längst begonnen und nimmt mehr und mehr Fahrt auf. Mit seinen radikalen Rechenleistungen, den nahezu endlosen Datenmengen und des beispiellosen Fortschritts bei neuronalen Netzwerken stellt es Unternehmen aber auch vor neue und grosse Herausforderungen. Wie können all’ diese Daten genutzt werden? Wie können sie an neue Situationen angepasst werden? Und wie können Probleme gelöst werden, mit denen zuvor noch niemand konfrontiert war?

Eine Technologie rückt dabei immer mehr ins Blickfeld, die unter folgendem Stichwort bekannt ist: «Smart Dust ». Dabei handelt es sich um Sensornetze, die dynamisch Informationen weiterleiten. Sie werden ein wesentlicher Bestandteil sein, wenn in den nächsten 10 Jahren intelligente Maschinentechnologien – auch mit den unterschiedlichsten Mensch-Maschine-Schnittstellen – ein neues Bedienungszeitalter einläuten werden. 

Am Anfang einer neuen Ära.

Bereits 1995 war die Faszination gross, neue Wege bei den Mensch-Maschine-Schnittstellen aufzuzeigen, wie der Film «Vernetzt – Johnny Mnemonic » zeigt. 20 Jahre später haben wir in der Realität noch lange nicht das Ende der Entwicklung erreicht. Ganz im Gegenteil: Erste Unternehmen haben ihren Mitarbeitern Chips unter die Haut implantiert, mit denen sie Zutritt ins Büro oder in bestimmte Bereiche des Unternehmens bekommen. Inzwischen können wir mit einem Chip unter der Haut unsere Auto- und Wohnungstüren öffnen und in Schweden sogar ein Zugticket kaufen. Noch bedienen uns in Bars und Restaurants keine Roboter wie im Blockbuster von 2004 «I, Robot » mit Will Smith in der Hauptrolle. Aber wir könnten schon jetzt ebenso elegant wie er im Chicago des Jahres 2035 unseren Handrücken über einen Scanner ziehen und so unser Abendessen und unsere Drinks bezahlen. Die Frage ist: Was wird erst mit einem Brain Computer Interface alles möglich sein? 

von Willem van der Touw, MSc. – 

22. Januar 2018

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