Die Kraft des Denkens

Sie kommen von der Arbeit nach Hause, machen sich aufs Sofa und wählen einen Titel aus Ihrer Lieblings-Playlist aus. Ohne sich von dieser Stelle zu bewegen, heizen Sie den Ofen auf, um das Abendessen zu kochen, bevor Sie ein Gespräch mit Ihrem Freund beginnen, der auf der anderen Seite der Stadt lebt. All dies tun Sie, ohne jemals ein Wort zu sagen oder eine einzige Taste zu drücken. Wie hat irgendjemand irgendetwas erledigt, bevor Gehirnschnittstellen vorhanden sind?

Die Idee, dass wir unser Leben von unserem Kopf aus steuern könnten, ist offensichtlich eine Fantasie, aber es gibt diejenigen, die versuchen, sie Wirklichkeit werden zu lassen. Im Jahr 2017 kündigten SpaceX und Tesla-Milliardär Elon Musk ein neues Unternehmen an, Neuralink. Sein Ziel:eine implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstelle mit hoher Bandbreite zu bauen, die uns dauerhaft online bringt und es uns ermöglicht, drahtlos mit allem zu kommunizieren, was einen Computerchip hat. Das Gerät könnte es uns theoretisch ermöglichen, Gedankengespräche mit unseren Freunden zu führen, Erinnerungen zu teilen, als wären es Smartphone-Videos, und alles zu „wissen“, was wir wollen, indem wir es einfach aus der Cloud abrufen.

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Unterdessen kündigte die US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Anfang dieses Jahres Pläne an, Gehirn-Computer-Schnittstellen der nächsten Generation zu entwickeln, mit dem Ziel, die Fähigkeiten des Militärpersonals zu verbessern. Ein kürzlich veröffentlichtes Dokument schlug ein mögliches Experiment zum Testen dieser Geräte vor:„ein menschliches Subjekt, das mehrere Drohnen in einem Virtual-Reality-Setup steuert, während es sensorisches Feedback erhält, um den Status jeder Drohne darzustellen.“ Mit anderen Worten, wir könnten eines Tages Soldaten sehen, die Drohnen mit ihren Gedanken steuern.

Es klingt beeindruckend, aber ist es möglich? Primitive Versionen von Brain-Machine-Interfaces wurden bereits verwendet, um gelähmten Menschen dabei zu helfen, Prothesen zu bewegen, aber könnten wir wirklich sehen, dass diese Technologie den Sprung in den Alltag schafft?

Gruppendenken

Ein Gehirn-Computer-Interface ist ein Gerät, das in der Lage ist, die elektrischen Impulse, die von den Nervenzellen (Neuronen) des Gehirns kommen, mithilfe von Elektroden zu lesen und idealerweise auch an das Gehirn zu schreiben, um Informationen an den Benutzer zu liefern, indem Gruppen von Neuronen stimuliert werden. Das ultimative Ziel von Neuralink ist es, eine Schnittstelle zu bauen, die direkt mit jedem der 86 Milliarden Neuronen in unserem Gehirn interagiert, und das Unternehmen ist offenbar dabei, ein erstklassiges Wissenschaftsteam für sein Projekt zusammenzustellen. Die genauen Details darüber, wie Neuralink dies genau tun will, bleiben jedoch unter Verschluss.

„Ich suche noch nach weiteren Informationen dazu“, sagt Dr. Davide Valeriani, der Gehirn-Computer-Schnittstellen an der University of Essex erforscht. „Musk hat diese Initiativen angekündigt und dann eine Weile nichts mehr gesagt.“

Valeriani arbeitet mit der Art von Gehirn-Computer-Schnittstellen, mit denen Sie vielleicht besser vertraut sind – Elektroenzephalographie (EEG)-Kappen, diese hässlichen Schädelkappen mit all den daran befestigten Sensoren und Drähten. „Sie können sich das als ein System vorstellen, das Sie in einen Rucksack stecken können, mit Elektroden, die in etwas integriert sind, das wir bereits tragen, einen Hut oder ein Haarnetz oder was auch immer“, sagt Valeriani. Um dieses System für einen bestimmten Benutzer zum Laufen zu bringen, ist etwa eine halbe Stunde Training erforderlich, nicht für den Menschen, sondern für die Maschine, die lernen muss, welche Muster im Gehirn der Person mit bestimmten Gedanken verbunden sind.

Valeriani verwendet diese EEG-Setups für Gruppenentscheidungsaufgaben. In einem Experiment aus einer Studie aus dem Jahr 2017 bat sein Team Gruppen von Menschen, die die Mützen trugen, sich Pinguine anzusehen und zu versuchen, in jedem Bild einen Eisbären zu entdecken. Elektroden in den EEG-Hauben überwachten ihre Gehirnsignale und ein Computer lieferte eine kollektive Antwort. Der Computer lernte, Signale zu erkennen, die mit dem Vertrauen jeder Person in ihre Entscheidung verbunden sind, und gab selbstbewussten Antworten mehr Gewicht, als sie die Antwort fand – ob es einen Eisbären gab oder nicht. Vielleicht ist es nicht allzu weit hergeholt, sich vorzustellen, dass ähnliche Technologien von Polizeibeamten verwendet werden, um auf CCTV-Aufnahmen nach Verdächtigen zu suchen, oder von Soldaten, die Kriegsszenarien bewerten, wobei der einzige Nachteil die EEG-Haarnetze und Rucksäcke voller Elektronik sind, die sie tragen müssten.

Eingesteckt

Die Alternative sind Elektroden, die direkt in den Kopf implantiert werden, was Matthew Nagle 2004 tat. Versuche mit implantierbaren Gehirn-Computer-Schnittstellen konzentrierten sich bisher hauptsächlich auf gelähmte Menschen, weil für sie der Funktionsgewinn die Operation wert ist und seine Risiken. Als Querschnittsgelähmter nutzte Nagle die Gelegenheit eines Probetrainings, um sich an einen Computer anzuschließen, wodurch er mit etwas Übung einen Cursor auf einem Computerbildschirm mit seinen Gedanken steuern, einen Fernseher bedienen und E-Mails versenden konnte.

Letztes Jahr verwendeten Forscher eine aktualisierte Version dieser implantierten „Braingate“-Schnittstelle, um drei gelähmten Menschen die Möglichkeit zu geben, bis zu acht Wörter pro Minute mit ihrem Gehirn zu tippen. Leider erfordert der derzeitige Stand der Technik für dieses System ungefähr 100 Elektroden und einen dicken Satz Kabel, die direkt durch die Oberseite Ihres Schädels eingesteckt werden müssen, was eine Infektion riskiert und etwas aus Matrix ähnelt .

„Das ist eines der großen Themen“, sagt Prof. Thomas Stieglitz, der an der Universität Freiburg in Deutschland Gehirn-Computer-Schnittstellen für medizinische Anwendungen entwickelt. „Da sind noch diese hässlichen Konnektoren, die in den Schädel geschraubt werden und durch die Haut stechen.“ Die Skalierung auf ein Whole-Brain-Interface – à la Neuralink – würde Millionen oder Milliarden weiterer Elektroden erfordern, die sich derzeit nicht von ihren Anschlüssen lösen lassen.

In Freiburg versucht das Team von Stieglitz, ein Implantat zu bauen, das die Gehirnsignale unterdrücken kann, die zu einem epileptischen Anfall führen – vielleicht ein Schritt hin zu einer breiten Nutzung von Gehirn-Computer-Schnittstellen für nicht leistungsfähige Menschen. „Unser Traum“, sagt er, „wäre, dass das Implantat ein Programm hat, das sagt:‚Okay, das scheint in sechs Sekunden ein Anfallereignis zu sein, und ich weiß, dass ich diesen Teil des Gehirns stimulieren sollte, um den Anfall zu unterbrechen.' ” Tatsächlich, fügt er hinzu, gibt es bereits ein implantierbares Gerät, einen Neurostimulator der Firma NeuroPace, das für diesen Zweck als Medizinprodukt zugelassen ist.

Unterdessen entwickelt das Spin-off-Unternehmen Neuroloop der Universität Freiburg ein Blutdruckimplantat, das Fasern im Vagusnerv stimuliert, die dem Gehirn Informationen über den Blutdruck liefern. Es sendet ein Signal an das Gehirn, das ihm mitteilt, dass der Blutdruck zu hoch ist, und löst den sogenannten „Baroreflex“ des Körpers aus, der den Blutdruck durch Veränderungen in den Herzmuskeln und Blutgefäßen schnell senken kann.

Gleichzeitig steckt Stieglitz jedoch in einigen der technischen Probleme fest, mit denen Forscher bei der Entwicklung der frühen Inkarnationen dieser Implantate konfrontiert sind – Probleme, die gelöst werden müssen, ob wir Epilepsie heilen oder Gedankengespräche mit unseren Freunden führen wollen. „Die Herausforderung besteht darin, das System so zu gestalten, dass es für eine angestrebte Lebenszeit mit dem menschlichen Körper interagieren kann“, sagt Stieglitz. Das bedeutet, einen Weg zu finden, es drahtlos im Schädel mit Strom zu versorgen, ohne es zum Laden der Batterien entfernen zu müssen, und sicherzustellen, dass es die Nerven, mit denen es interagiert, nicht beschädigt oder in der wässrigen Umgebung des Körpers korrodiert. Laut Stieglitz könnte das letztgenannte Problem angegangen werden, indem „weiche Implantate“ hergestellt werden, die die Schlaffheit von Nervengewebe nachahmen, aber es würde Chirurgen eine Aufgabe überlassen, die dem „Implantieren einer Qualle“ ähnelt.

Neben praktischen Fragen gibt es bei implantierbaren Geräten ein Minenfeld ethischer Fragen. Die DARPA hält die „Last der Operation“ für zu groß und die Risiken für Tests an wehrfähigen Soldaten für zu hoch, während Valeriani der Ansicht ist, dass es besser ist, in bewährte, nicht-chirurgische Schnittstellen zu investieren, die billiger sind. Valeriani gibt jedoch zu, dass das Anbringen von Elektroden an der Außenseite des Schädels nicht annähernd die Detailgenauigkeit liefern kann, die für eine Ganzhirnschnittstelle erforderlich wäre. Äußere Elektroden ermöglichen Neurowissenschaftlern nur eine ungefähre Vorstellung davon, was Regionen des Gehirns sagen. Um einen genauen Messwert von einem einzelnen Neuron zu erhalten, muss man in das Gehirn gehen, und das bedeutet eine große Operation. Oder doch?

Iss meinen (neuronalen) Staub

Vor fünf Jahren beschrieb ein Team der University of California, Berkeley, erstmals neuralen Staub. Heute gründen zwei seiner Erfinder, Prof. Jose Carmena und Prof. Michel Maharbiz, ein Neurotechnologieunternehmen, Iota Biosciences, und entwickeln winzige neurale Implantate, die sie sich vorstellen, in einem einfachen ambulanten Eingriff eingesetzt zu werden – „so wie man ein Piercing bekommt oder ein Tattoo“, erklärt Carmena.

Anhand von Implantaten in der Größe von Sandkörnern haben sie gezeigt, dass sie Nerven bei Ratten aufzeichnen und stimulieren können. Sie stellen sich eine Zukunft vor, in der uns ein Haufen neuraler Staubpartikel implantiert wird, um unsere Gesundheit über Fitnesstracker im Auge zu behalten und alles von Herzproblemen bis hin zu Asthma zu behandeln, indem nur die richtigen Nerven gezwickt werden. Die Motes von Iota wären drahtlos und batterielos, was möglicherweise Kabelanschlüsse überflüssig macht und das Problem der lebenslangen Stromversorgung löst.

Aber wie bekommt man die Implantate ins Gehirn, ohne den Schädel zu öffnen? Ein Ansatz könnte darin bestehen, zu warten, bis die Technologie noch weiter herunterskaliert, damit die Partikel möglicherweise in Rückenmarksflüssigkeit injiziert werden können. Ähnliches stellt sich DARPA für seine Militärgeräte vor. Das jüngste Dokument behandelt Geräte in Nanogröße, die durch „Einnahme, Injektion oder nasale Verabreichung“ an das Gehirn abgegeben würden.

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Maharbiz fragt sich, ob so kleine Implantate etwas Sinnvolles bewirken könnten. Tatsächlich glaubt das Iota-Paar, dass es möglich ist, „verblüffende“ Dinge zu erreichen, ohne auch nur das zentrale Nervensystem anzuzapfen. Stattdessen könnten ihre Staubpartikel über ihre Nervenäste in unseren Gliedmaßen und Organen auf das Gehirn zugreifen, ähnlich wie das Blutdruckmessgerät von NeuroPace. „Es gibt andere Stellen im Nervensystem, an denen wir glauben, dass man diese Ports tatsächlich platzieren kann“, sagt Maharbiz. „Es wird Ihnen nicht die gleiche Bandbreite wie mit tausend Kanälen in Ihrem Kortex geben, aber Sie werden überrascht sein, wie viele Dinge Sie tun können – wie zum Beispiel die Verbesserung Ihrer kognitiven Fähigkeiten – indem Sie diese peripheren Nerven stimulieren.“

Es klingt, als ob neuraler Staub die perfekte Lösung für alle sein könnte, die Angst vor einer kleinen Kraniotomie haben. Aber könnte man damit auch die Traummaschine von Elon Musk bauen? Können wir uns eine Ganzhirnschnittstelle vorstellen, die aus Millionen elektronischer Staubpartikel besteht?

Interessanterweise war einer der Mitarbeiter des Iota-Teams am ursprünglichen Neural Dust Paper Dongjin Seo, der jetzt mit Neuralink zusammenarbeitet. Während Musk zu seinem neuen Projekt ungewöhnlich schweigt, kennen Carmena und Maharbiz einige Mitglieder des Teams und sagen, dass die Idee, sie könnten eine implantierbare Gehirnschnittstelle der nächsten Generation bauen, „überhaupt keinen Hype“ habe. Aber unabhängig von Musks anderen Ambitionen werden die ersten Menschen mit bestimmten Erkrankungen davon profitieren, sagt Carmena. „Die Realität ist, dass sie klinisch brauchbare Geräte bauen werden, und wir brauchen diese bis gestern“, sagt er. „In Bezug auf die Verwendung wird es noch lange medizinisch sein. Ich kann dir nicht sagen, wie lange, aber es wird einige Zeit dauern.“

Beobachten Sie also vorerst diesen Bereich, aber wenn jemand die Welt der Gehirn-Computer-Schnittstellen auf den Kopf stellt, würden Sie nicht dagegen wetten, dass es Elon Musk ist.

Dies ist ein Auszug aus Ausgabe 322 von BBC Focus Magazin.

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