Brain Machine Interfaces (BMIs)

Digitalisierung März 20, 2020

Ein Schülerblog von Jakob Frenzel.

Mit dem Verstand verbundene Autos, Implantate im Gehirn zur Heilung von Alzheimer oder Briefe, die nur durch Nachdenken geschrieben werden. All das soll in der Zukunft durch Gehirn-Maschine-Interfaces (BMIs) möglich sein. Diese Neurotechnologien werden unser Leben grundlegend verändern. Diese technologischen Neuerungen bewegen sich am Rand des zurzeit technisch Möglichen und bringen auch ethische Bedenken mit sich.

Im medizinischen Bereich werden bereits ähnliche Technologien zur Diagnose von neurologischen Erkrankungen oder zur Behandlung von Phobien, Demenz und ADHS eingesetzt. Darüber hinaus werden Brain Computer Schnittstellen auch für die Wiederherstellung von Mobilität bei Menschen, die auf einen Rollstuhl oder Protesten angewiesen sind, angewendet.

Weltweit gibt es jedoch nur sehr wenige Patienten, die tatsächlich hoch entwickelte implantierte Geräte tragen. Diese Statistik ist auf das Risiko, das diese Technologie heutzutage darstellt, zurückzuführen.

Funktionsweise
Brain Maschine Interfaces zeichnen die elektrische Aktivität des Gehirns meist nicht invasiv, zum Beispiel mittels EEG, oder invasiv mittels implantierten Elektroden auf. Anschließend werden die Daten mittels eines Computers analysiert und in Steuersignale umgewandelt.

Schon das Denken an die Bewegung einer Hand oder eines Fußes führt zu einer messbaren Hirnaktivität. Jedes Brain Maschine Interface braucht eine bestimmte Zeit, um sich an den Menschen zu gewöhnen und die Hirnaktivität richtig zu deuten. Das System lernt, welche Gedanken an welche Messwerte gebunden sind.

Diese Funktionsweise macht es jedoch nur möglich, dass der Mensch dem Computer etwas mitteilt, jedoch nicht andersrum.

Neuralink
Eine Firma, die 2017 von Elon Musk gegründet wurde, hat es sich zum Ziel gemacht, Gehirnimplantate zu entwickeln, die unsere Gehirnfunktionen mit künstlichen Intelligenzsystemen verbinden. Laut Neuralink ist die Kombination aus künstlicher Intelligenz und menschlichem Verstand zu Großem fähig. Des weiteren will das Unternehmen versuchen, Implantate zur Heilung schwerwiegender neurodegenerativer Erkrankungen, wie Alzheimer oder Epilepsie, zu entwickeln. Darüber hinaus ist ein weiteres Ziel, einen Nervenstrang zu schaffen, der es uns ermöglicht, direkt mit Maschinen zu kommunizieren.

Der Roboter
Die meistens benötigte Gehirnoperation ist der größte Risikofaktor beim Implantieren eines Gerätes zur Erfassung von Neuronenaktivität. Deshalb hat Neuralink ein neues Verfahren entwickelt, um Operationen möglichst risikolos zu machen.

Der von Neuralink entwickelte Roboter ermöglicht es, eine hohe Anzahl von flexiblen Messsonden schnell und zuverlässig in das Gehirn zu implantieren. Der Implantierungsmechanismus hat eine Genauigkeit von 10 µm. Der eigentliche Mechanismus besteht aus einer Nadel mit 40 µm Durchmesser. Die Aufgabe der Nadel ist es, die Hirnhaut zu durchstoßen und die einzelnen Fäden zu implantieren. Des weiteren ist der Roboter mit mehreren Kameras und Lichtquellen ausgestattet, um die Messenden zwischen Blutgefäßen zu implantieren, um keine Blutungen zu erzeugen.

Eine Messsonde hat 32 Messkontakte. Außerdem wurde von Neuralink ein eigener Microchip mit 256 Messkanälen zur Datenerfassung entwickelt. Durch die Zusammenschaltung mehrerer Chips können bis zu 3,072 Messpunkte gleichzeitig erfasst werden. Diese Technologie ermöglicht das Messen von Hirnaktivität über größere Flächen und Hirnregionen.

Abbildung des Roboters. Zu sehen sind die Nadel (A), der Posi>onssensor (B), die Lichtquellen (C), der Nadelmotor (D) und die Kameras (E,G,F).

Quellen:
• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v1
• https://bit.ly/2vd2Gn8