Maschinen, die Gedanken lesen

Proband und Wissenschaftler üben die Gedankensteuerung im virtuellen Prunksaal der Nationalbibliothek

Vollkommen reglos sitzt der Proband auf seinem Stuhl. Ruhig liegen die Hände auf den Armlehnen. Seine Augen sind starr nach vorne gerichtet. Der Blick verliert sich in den Tiefen des Prunksaals, gleitet an den ledernen Buchrücken uralter Folianten entlang. Wir sind, sagt der erste Augenschein, in der Österreichischen Nationalbibliothek in Wien. Nichts ist zu hören, nur das leise Summen von Computern. Und eine ruhige Stimme, die Anweisungen gibt. „Sehr schön, Markus. Jetzt stellst Du Dir bitte eine Handbewegung vor. Und gehst damit bis zu den beiden Säulen.“ Es passiert: nichts. Und während man noch darüber grübelt, wie Markus denn mit einer Handbewegung zu den Säulen gehen soll, bewegen sich plötzlich die Wände der Bibliothek.

Reine Kopfgeburt: Fahrt durch die virtuelle Bibliothek

Jetzt sieht es so aus, als würde Markus durch den Prunksaal fahren. Endlose Bücherreihen gleiten vorbei. Langsam geraten – tatsächlich – zwei Säulen ins Blickfeld. Und das alles, ohne dass jemand einen Knopf gedrückt oder an irgendwelchen Reglern gezogen hätte. Auch Markus sitzt immer noch auf seinem Stuhl. Ohne sich bewegt zu haben. Dann stehen wir genau vor den beiden Säulen. Und die Stimme sagt: „Sehr gut, Markus. Kleine Pause, dann noch ein bisschen näher ran an die Säulen.“ Die Stimme gehört Robert Leeb. Der Grazer Ingenieur kniet hinter einem Tisch, auf dem ein Laptop steht, dazu ein schwarzer Kasten mit zwei Reihen verschiedenfarbiger Eingänge. Blaue, rote und gelbe Kabel verwirren sich auf dem Tisch, einige führen direkt zum Kopf von Markus. Der trägt eine Badekappe aus Stoff, in die acht Kabel führen. Das Ganze ist eine Versuchsanordnung - und die Bibliothek ist virtuell: Sie wird als Bild in einen rechteckigen Raum aus Leinwänden projiziert.

Gedanken kann man lesen – mit Elektroden

Lauschangriff: Elektroden empfangen Signale aus dem Gehirn

„Markus steuert die Projektion allein mit der Kraft seiner Gedanken“, erklärt Gert Pfurtscheller, Professor für medizinische Informatik und Leiter des BCI-Lab in Graz – des Laboratoriums für die Schnittstelle Mensch-Maschine. Seit 16 Jahren ortet er Gedanken im menschlichen Gehirn. Seine Maschinen können also Markus' Gedanken lesen? „Das ist überhaupt kein Problem“, sagt Pfurtscheller lachend. „Man muss nur wissen, wo im Gehirn ein bestimmter Gedanke entsteht, dann kann man ihn auch wahrnehmen.“

Schrecklicher Lärm hier: die Cocktailparty im Gehirn

Unplugged? Keine Chance. Gehirnströme spielen sich im Mikrovoltbereich ab, ohne Verstärker wäre davon nichts zu hören

Magie ist nicht im Spiel, nur moderne Informatik und ein paar Kabel. Den Gedanken seiner Probanden kommt Pfurtscheller mit einer bewährten Methode auf die Spur - per EEG. Das hat einen entscheidenden Vorteil: Nichts dringt in den Schädel oder das Gehirn ein, man kann die Schädeldecke unversehrt lassen. Um die Gehirnströme zu messen, müssen lediglich ein paar Elektroden mit Hilfe einer gut leitenden Salzlösung am Kopf befestigt werden. Das EEG hat allerdings auch Schwächen: Die Signale, auf die es ankommt, werden von hunderten anderer Signale überlagert. Draußen empfangen die Hirnforscher nur ein undifferenziertes Rauschen. Man muss sich das ungefähr so vorstellen, als ob man auf einer Cocktailparty im allgemeinen Lärm präzise eine einzelne Stimme verstehen wollte. Auch kann das EEG zwar die Impulse registrieren, doch nicht den Inhalt von Gedanken: Denkt der Proband gerade „da vorne links“? Oder denkt er „langsam geradeaus“?

Schon die Vorstellung genügt

Die Grazer haben also nach einem Signal gesucht, das sich willentlich herstellen lässt und im EEG immer ähnliche Muster erzeugt. Gefunden haben sie es in dem Teil des Gehirns, der die Bewegungen der Arme und Beine steuert, im motorischen Kortex: Bewegt man die rechte Hand, dann kann man im EEG ein Elektronenfeuerwerk auf der linken Gehirnhälfte beobachten, und zwar in einem Areal, das nicht größer ist als fünf Quadratzentimeter. Und bei der linken Hand ist es genau umgekehrt. „Beide Bewegungen lösen charakteristische Signale im EEG aus“, erklärt Gert Pfurtscheller, „die kann der Computer erkennen und wir können sie mit Steuerungssignalen verknüpfen.“ Und dabei machten die Grazer noch eine verblüffende Entdeckung: um das Elektronenfeuerwerk auszulösen, reicht schon die Vorstellung der Bewegung.

Langes Training für Computer und Gehirn

Bewegungslos in voller Fahrt: Der Proband konzentriert sich auf die Vorstellung einer Bewegung, ohne auch nur den kleinen Finger zu heben

Auf diese Weise können die Grazer sogar schwerstbehinderten Menschen helfen: Sie suchen gemeinsam mit ihnen nach einer Bewegungsvorstellung, die im EEG ein besonders starkes Feuerwerk erzeugt. Die Vorstellung muss dabei nichts mit der realen Bewegung zu tun haben. Ein vom Hals an abwärts gelähmter Patient zum Beispiel stellt sich vor, dass er beide Beine kräftig nach vorne schleudert. Und mit dieser Vorstellung steuert er eine Bewegung seiner Handprothese. Genau so könnte er mit der Vorstellung einer bestimmten Bewegung auch seinen Rollstuhl steuern. Und dafür braucht das BCI-Lab auch die virtuelle Wiener Bibliothek. Denn Gehirn und Computer benötigen ein langes Training, um sich aufeinander einzuspielen. Wenn Probanden eine so unmittelbare Reaktion auf ihre Gehirnimpulse bekommen, wie es die Bewegung durch die Bibliothek anzeigt, dann stellt sich der Lernerfolg viel schneller ein. Außerdem ist es einfach weniger schmerzhaft, wenn man bei der Fahrt durch die Bibliothek nur gegen eine virtuelle Säule rumpelt – und nicht gegen den altehrwürdigen Marmor.