Wenn sich Thomas eine bestimmte Bewegung vorstellt, öffnen sich die Finger seiner rechten Hand. Ein erneutes Konzentrieren auf eine andere Bewegung – und die Hand schließt sich um ein Wasserglas. Diese Bewegungen sind eine Sensation. Denn der junge Mann, der nach einem Unfall von der Schulter abwärts querschnittsgelähmt ist, steuert seine Muskeln allein kraft seiner Gedanken. Möglich macht dies ein so genanntes Brain-Computer Interface (BCI) – eine Kombination aus Elektroden für die Aufzeichnung von Gehirnströmen sowie einem Computer, der die Ströme in Steuersignale umwandelt.
„Thomas ist unser Paradepatient”, erklärt Gert Pfurtscheller, Professor für medizinische Informatik an der Technischen Universität Graz und Entwickler des BCI. Vor zehn Jahren hatte Pfurtscheller in dieser Zeitschrift seiner Hoffnung Ausdruck gegeben, Gelähmten irgendwann mit einem solchen System zu mehr Selbstständigkeit verhelfen zu können (bild der wissenschaft 9/1995, „Bewegende Gedanken”). Was damals wie Science-Fiction klang, ist heute tatsächlich auf gutem Wege.
Die Idee dahinter: Nicht nur die direkte Steuerung einer Hand- oder Fußbewegung, sondern bereits die Vorstellung davon verändern die Gehirnströme im Bewegungszentrum in charakteristischer Weise. Wer also lernt, seine Hirnströme bewusst zu verändern, kann damit zum Beispiel einen Computer steuern. 1995 steckte das System allerdings noch in den Kinderschuhen: Mehr, als einen Cursor über einen Bildschirm zu bewegen, gelang selbst gut geschulten Testkandidaten nicht. Inzwischen konzentrieren sich die Grazer auf zwei medizinische Anwendungen des BCI: das so genannte Spelling, bei dem Patienten mithilfe einer gedanklich steuerbaren virtuellen Tastatur mit der Außenwelt kommunizieren, und die Steuerung von Neuroprothesen. „Zuerst haben wir einem Patienten mit zerebraler Kinderlähmung, der keine Sprache mehr hatte, beigebracht, mit dem BCI zu schreiben”, erinnert sich Pfurtschellers Mitarbeiter Gernot Müller-Putz. Die Lernphase dauerte mehrere Jahre, doch dann konnte der Patient sich mitteilen – wenn auch nicht besonders schnell. Die Grazer Wissenschaftler arbeiten derzeit daran, die Buchstabenauswahl zu vereinfachen, beispielsweise mithilfe einer Software, die – ähnlich wie beim SMS-Schreiben mit dem Handy – bereits nach wenigen Buchstaben die infrage kommenden Wörter vorschlägt.
Spektakulärer sind die Erfolge, die Pfurtscheller und seine Kollegen bei der Steuerung von Bewegungshilfen für Gelähmte erzielt haben. Besonders elegant gelang dies mit Neuroprothesen, an denen die Grazer zusammen mit der Orthopädischen Universitätsklinik in Heidelberg arbeiten. Dabei steuert der Patient mittels BCI an seinem Arm angebrachte Elektroden, die elektrische Impulse direkt auf die Muskeln übertragen. Die Folge: Die Muskeln kontrahieren oder entspannen sich – und der Patient kann mit seiner eigenen Hand nach Gegenständen greifen. Mittlerweile gelingt es sogar, mit dem BCI ein System zu bedienen, bei dem die Elektroden in die Muskeln implantiert sind.
Trotz aller Erfolge hat das Grazer BCI Grenzen: Da die Elektroden die Signale nicht direkt am Gehirn, sondern außen auf der Kopfhaut aufzeichnen, sind die räumliche Auflösung und die Genauigkeit beschränkt. Aus diesem Grund gibt es in einigen US-Arbeitsgruppen Tests mit Systemen, bei denen die Elektroden direkt auf die Großhirnrinde gelegt oder sogar ins Gehirn implantiert werden. Noch lassen die Grazer die Finger davon, denn Probleme wie die geringe Verweildauer der Implantate und das Infektionsrisiko sind bislang nicht überzeugend gelöst.
Aus der Arbeit des Instituts ist ein Spin-Off hervorgegangen: Die Firma g.tec kümmert sich um die Vermarktung und Weiterentwicklung der Systemkomponenten. In Zukunft will Pfurtscheller sein BCI außerdem in Multimedia-Anwendungen einsetzen: „Das bringt viel Geld von der Industrie und von der EU.”
IIka Lehnen-Beyel ■
