Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie, lebensverändernder Schalter

Das Bewusstsein ist klar, die Wahrnehmung ist klar, aber es ist unmöglich, sich zu bewegen.

Was mich beim Anschauen von „Get Out“ am meisten beeindruckt hat, war die in der Geschichte beschriebene Szene, in der man an einen „versunkenen Ort“ fällt, was eine Art Hilflosigkeit darstellt, die „wirklich unfreiwillig“ ist.

Unerwarteterweise ist dieser Zustand für manche Menschen auch der „Normalzustand“.

„Locked-in-Syndrom“, auch bekannt als „LIS“, ist genau wie der Name.

Sie haben volles Bewusstsein, Ihre Wahrnehmungsfähigkeiten sind gut, Sie haben alle fünf Sinne, aber Sie sind in einem Körper ohne jegliche Muskelbewegung gefangen.

Im Alter von 30 Jahren war Ann Johnson aufgrund eines plötzlichen Schlaganfalls im Hirnstamm schwer gelähmt, verlor die Kontrolle über die Körpermuskulatur und konnte nicht einmal selbstständig atmen.

Im Laufe der nächsten Jahre lernte Ann durch Rehabilitation nach und nach die Muskelkontrolle wieder – sie lernte, selbstständig zu atmen, die Muskeln in ihrem Nacken zu kontrollieren und sogar jetzt noch zu lachen und zu weinen.

In diesem Jahr führt Ann mit der Kombination aus Gehirn-Computer-Schnittstelle und KI-Technologie zum ersten Mal in den 18 Jahren seit ihrer Lähmung wieder einen „Dialog“ mit ihrem Mann.

„Gedankentypisierung“, es gibt wirklich mehr als einen Weg

Auf der letztjährigen Neuralink-Konferenz zeigte das Unternehmen, wie der Makak Sake Buchstabe für Buchstabe „Kann ich bitte Snacks haben?“ auf der Softtastatur auf dem Bildschirm eintippte.

Natürlich versteht Sake kein Englisch, geschweige denn Rechtschreibung. Alles, was er tut, ist, den Cursor auf dem Bildschirm durch das Gehirn zu steuern, ihn auf die durch den Farbblock gekennzeichnete Schaltfläche fallen zu lassen und das sogenannte „Eintippen“ abzuschließen.

Diese Präsentation bezieht sich auch auf die frühe „Tippmethode“ der Gehirn-Computer-Schnittstelle.

Bisher konzentrierten sich Gehirn-Computer-Schnittstellen im Bereich der Sprachkommunikationstechnologie hauptsächlich auf die Rechtschreibausgabe „Buchstabe für Buchstabe“.

In den letzten Jahren hat sich das Gebiet rasant weiterentwickelt und mehrere Forschungsteams haben damit begonnen, „natürlichere“ Ausgabemodi zu übernehmen.

Im Jahr 2021 gelang es einem Forschungsteam an der University of California in San Francisco, das Gehirnsignal zu entschlüsseln, das für die Auslösung von Stimmbewegungen im Gehirn eines Patienten verantwortlich ist und es dem Patienten ermöglicht, jeweils ein vollständiges Wort zu „denken“.

Mit dieser Technik können 18 Wörter pro Minute (aus einem Gesamtvokabular von 50) mit einer Genauigkeit von 93 % ausgegeben werden. Im täglichen Leben verwenden Englischsprecher in der täglichen Kommunikation 150–200 Wörter pro Minute.

Obwohl es nur 1/10 der üblichen Geschwindigkeit ist, beweist diese Untersuchung, dass es möglich ist, vollständige Wörter anstelle von Buchstaben für Buchstaben auszugeben, und dass dies eher den Kommunikationsgewohnheiten der Menschen entspricht.

Diese Forschung sorgte in der akademischen Welt für Aufsehen und erreichte auch Ann in Kanada.

In diesem Jahr half Ann dem UC-Team, diese Forschung auf ein neues Niveau zu heben – die Wortausgabe stieg auf fast 80 Wörter pro Minute.

In der neuen Studie implantierte das Forschungsteam einen Siliziumchip mit 253 Elektroden auf der Oberfläche von Anns Gehirn, etwa so groß wie eine Kreditkarte.

Diese Elektroden fangen die Gehirnsignale ab, die sonst Anns Lippen, Zunge, Kiefer, Hals und Gesichtsmuskeln steuern würden, und senden sie zurück an den Computer. Als nächstes analysiert der Computer mithilfe von KI-Algorithmen den entsprechenden Text hinter diesen Signalen.

In den nächsten Wochen begannen Ann und das Forschungsteam mit dem Training des Sprachmodells – sie „sprachen“ immer wieder 1.024 Wörter, bis der Algorithmus die relevanten Gehirnsignale erkennen konnte.

Es ist erwähnenswert, dass das Forscherteam die KI dieses Mal nicht aufforderte, das Signal der vollständigen Aussprache des Wortes zu erkennen, sondern die kleinere Spracheinheit – das Phonem – zu erkennen.

Beispielsweise enthält das Wort „Hallo“ vier Phoneme: „HH“, „AH“, „L“ und „OW“.

Das Forschungsteam sagte , dass der Algorithmus nach der Verwendung von Phonemen als Erkennungseinheit nur 39 Phoneme lernen muss, um alle englischen Wörter zu analysieren, und die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Systemanalyse verbessern kann.

Interessanterweise veröffentlichte das Forschungsteam der Stanford University am selben Tag, an dem das Team der University of California die Arbeit veröffentlichte, auch einen ähnlichen Forschungsbericht in „Nature“.

An dem Stanford-Projekt war der 68-jährige Pat Bennett beteiligt, bei dem 2012 ALS diagnostiziert wurde und der nicht in der Lage war, klar zu kommunizieren.

Pat brauchte fast ein halbes Jahr, um das System zu trainieren. Der Algorithmus erkennt auch Phoneme und gibt etwa 62 Wörter pro Minute aus.

Was die Genauigkeitsrate betrifft, so kann die Genauigkeitsrate bei einer Gesamtzahl von 50 Wörtern 90 % erreichen, bei einer Erweiterung des Wortschatzes auf 12.500 Wörter beträgt die Genauigkeitsrate jedoch 76 %.

Obwohl Anns Technik eine höhere Ausgaberate aufweist, liegt die mittlere Genauigkeitsrate ebenfalls bei etwa 76 %, wenn ihr Wortschatz auf 1024 Wörter erweitert wird.

Die Fachzeitschrift „Nature“ kommentierte , dass die Teilnehmer beider Studien in unterschiedlichem Maße Kontrolle über ihre Gesichtsmuskeln und Lautäußerungen hatten. Es ist daher ungewiss, ob diese Techniken bei Patienten nützlich wären, die überhaupt keine Kontrolle mehr über ihre Muskeln haben.

Zweitens seien die Gerätesysteme beider Programme „immer noch zu komplex, als dass Pflegekräfte sie zu Hause verwenden könnten, ohne dass umfangreiche Schulung und Wartung erforderlich wären“.

Dr. Jaimie Henderson, der an Pats Projekt mitgearbeitet hat, stimmt zu, dass „implantierbare, chirurgisch eingesetzte Technologien“ auch in den kommenden Jahren noch existieren werden, aber er sieht darin eine Möglichkeit für Menschen mit ALS, ihre Kommunikationsfähigkeiten wiederzuerlangen.

Was verfolgen wir vom „Tippen“ zum „Dialog“?

Das mag unglaublich klingen, aber Ann hofft, in Zukunft Beraterin zu werden und ihre Genesungserfahrung zu nutzen, um ähnlichen Patienten zu helfen :

Ich möchte, dass die Patienten hier mich sehen und verstehen, dass ihr Leben noch nicht vorbei ist.

Ich möchte ihnen zeigen, dass eine Behinderung uns nicht davon abhalten muss, Dinge zu tun, die wir tun möchten, oder dass sie uns zurückhalten muss.

Obwohl der Inhalt von Anns und Pats „Gedankenrede“ auf demselben Bildschirm präsentiert wird, verfügt Anns Inhalt über einen zusätzlichen digitalen Avatar, der „sprechen“ kann.

Dieser digitale Avatar bewegt die Gesichtszüge in Echtzeit und präsentiert Ausdrücke entsprechend den Gehirnsignalen, die erzeugt werden, wenn Ann versucht zu sprechen.

Die synthetische Stimme des digitalen Avatars wurde anhand von Videoaufnahmen von Anns Rede bei einer Hochzeit vor mehr als einem Jahrzehnt trainiert.

All dies dient dazu, den gesamten Kommunikationsprozess natürlicher zu gestalten. Für Ann, die in Zukunft Beraterin werden möchte, ist dies auch eine komfortable Möglichkeit, mit zukünftigen Kunden zu kommunizieren.

Als Ann das System zum ersten Mal nutzte, um zu sprechen und das Gesicht ihres digitalen Avatars zu bewegen, wusste ich, dass wir etwas getan hatten, das einen echten Unterschied machen würde.

Kaylo Littlejohn, eine Forscherin des Projekts, sagte.

Im Einführungsvideo führten Ann und ihr Mann Bill das erste Gespräch seit 18 Jahren über dieses System und unterhielten sich hin und her über das tägliche Leben.

Auch „meine“ Stimme nach vielen Jahren wieder zu hören, ist für Ann ein wunderbares Erlebnis, „wie die Stimme eines alten Freundes zu hören“.

Am Tag des Tests konnte Ann es kaum erwarten, dass ihre Tochter das Geräusch hörte.

Ihre Tochter war 6 Monate alt, als sie krank wurde. Die Mutter war ihrer Meinung nach schon immer eine mechanische Frauenstimme mit britischem Akzent, erzeugt durch ein rückwärts gerichtetes Eingabegerät.

Die Teilnahme an diesem Projekt hat Ann nicht nur die tägliche Kommunikation natürlicher gemacht, sondern ihr auch ein neues Gefühl für Sinn und Bedeutung gegeben:

Als ich in einer Reha-Klinik war, hatten die Logopäden nichts mit mir zu tun.

Indem ich Teil dieser Forschung bin, habe ich das Gefühl, einen Beitrag für die Gesellschaft zu leisten.

Ich habe das Gefühl, wieder einen Job zu haben.

Es ist ein Wunder, dass ich so lange überlebt habe; dieses Projekt ermöglicht es mir, wirklich zu leben, während ich lebe!

Die gute Nachricht ist, dass das Team auch plant, die Forschung voranzutreiben und das System zu einer drahtlosen Version zu machen, sodass Ann nicht auf Kabel angewiesen ist, um eine Verbindung zum Gehirn-Computer-Schnittstellensystem herzustellen:

Wenn Patienten wie Ann diese Technologie nutzen können, um Computer und Mobiltelefone frei zu steuern, wird dies ihre Unabhängigkeit und ihre Fähigkeit zur sozialen Interaktion erheblich verbessern.

Unabhängig davon, ob Gehirn-Computer-Schnittstellen zur Wiederherstellung der Kommunikation oder der Mobilität genutzt werden, besteht das ultimative Ziel dieser Technologien darin, die Unabhängigkeit und Autonomie des Patienten wiederherzustellen.

Die schlechte Nachricht ist, dass es manchmal umso schmerzhafter ist, wenn man die Technologie verliert, je besser sie ist.

Menschen, deren Gehirn-Computer-Schnittstellen gewaltsam entfernt wurden

Obwohl die Gehirn-Computer-Schnittstelle ein Bereich voller unbekannter Risiken ist, ist das Potenzial, das sie bietet, auch spannend.

Neben der Befreiung „im Gehirn gefangener Wörter“ kann die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie nun auch gelähmten Patienten ermöglichen, sich wieder zu bewegen , Depressionen zu behandeln , Epilepsie zu kontrollieren , Zittern bei Patienten mit Parkinson-Krankheit zu reduzieren und die Lebensqualität vieler Patienten zu verbessern.

Im Jahr 2016 gab es nur etwa 340 Studien zu Gehirn-Computer-Schnittstellen , bis 2021 ist diese Zahl auf fast 600 gestiegen.

Dahinter stehen das Aufkommen immer leistungsfähigerer Computer, die Entwicklung von KI und die intelligenten Geräte, die der Mensch immer kleiner macht.

Was jedoch fehlt, ist der Schutz der Nutzer.

Ich habe das Gefühl, dass ich alles schaffen kann.

Nach der Implantation einer Gehirn-Computer-Schnittstelle kann die 62-jährige Rita Leggett im Voraus wissen, dass sie an Epilepsie leiden wird , und die Einnahme von Medikamenten kann das Auftreten von Epilepsie verhindern.

Ich kann fahren, ich kann Leute treffen und ich bin besser in der Lage, gute Entscheidungen zu treffen.

Im Jahr 2010 nahm Leggett an einem Projekt zur Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie teil, das für Epilepsiepatienten entwickelt wurde, und implantierte offiziell die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie.

Nach Abschluss der Implantation hatte Leggett schnell das Gefühl, dass er und die Schnittstelle „in einem“ waren, und er wurde dadurch „wiedergeboren“.

Menschen mit schwerer Epilepsie haben Schwierigkeiten, ein normales Leben zu führen.

Sie wissen nicht, wann Sie einen Anfall bekommen werden, und wie Leggett erwähnte, kann ein Anfall beim Autofahren, beim Gehen auf der Straße oder einfach beim Ausgehen katastrophal sein.

Als sie drei Jahre alt war, wurde bei Leggett schwere Epilepsie diagnostiziert.

Vor dem Einsatz des Implantats ging sie grundsätzlich selten aus.

Sie können sich vorstellen, wie am Boden zerstört Leggett war, als ihm gesagt wurde, er solle das Implantat entfernen lassen.

Im Jahr 2013, drei Jahre nach Leggetts Implantat, ging NeuroVista, dem Hersteller des Geräts, das Geld aus und er forderte die teilnehmenden Freiwilligen auf, das Implantat zu entfernen.

Leggett und ihr Mann versuchten mit NeuroVista zu verhandeln, um die Ausrüstung zu behalten, und waren sogar bereit, das Haus zu verpfänden, um die Ausrüstung zu kaufen.

Leider wurde das Implantat schließlich gegen ihren Willen entfernt und recycelt.

Wenn ich es verliere, ist es, als hätte ich etwas so Wertvolles und Nahes verloren, dass es niemals ersetzt werden kann.

Es ist ein Teil von mir.

Laut Marcello Ienca, Ethiker an der Technischen Universität München, handelt es sich um eine Verletzung der Menschenrechte, die noch nicht verstanden und diskutiert wurde:

Gezwungen, das Gerät zu entfernen, wurde ihrer neuen, durch Technologie geschaffenen Identität beraubt.

Das Unternehmen war an der Schaffung dieser völlig neuen Person beteiligt … Sobald das Gerät entfernt wird, ist diese Person terminiert.

Sie und andere Rechtswissenschaftler argumentieren, dass die geistige Integrität der Person geschützt und „Neurorechte“ anerkannt werden sollten.

Andererseits müssen Personen, die an der Studie teilnehmen, diese potenziellen Risiken im Voraus kennen, und die Teilnahme bedeutet, diese Risiken zu akzeptieren.

Ienca und Gilbert argumentieren jedoch, dass BCI-Unternehmen eine Versicherung für die Teilnehmer abschließen sollten, um die Wartungs- und Instandhaltungskosten abzudecken, wenn sie das Gerät nach dem Test behalten möchten. Eventuell leistet die Landesregierung bei der Genehmigung entsprechender Projekte auch entsprechende finanzielle Unterstützung.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie wird es immer mehr damit verbundene Probleme geben. Es ist notwendig, rechtzeitig nachzudenken und ein Garantiesystem einzurichten.

Nach Ansicht von Ienca ist die Entfernung von Implantaten, die bereits Teil des Selbst sind, ebenso unethisch wie die gewaltsame Entnahme menschlicher Organe:

Wenn es Hinweise darauf gibt, dass das BCI Teil des menschlichen Selbst geworden ist, darf das Implantat, außer aus medizinischen Gründen, unter keinen Umständen ohne Zustimmung des Benutzers entfernt werden.

Wenn es die Person ausmacht, entfernen Sie im Grunde genommen gewaltsam einen Teil der Person.

Obwohl es Jahre her ist, weint Leggett, wenn er über Implantate spricht. Laut Frederic Gilbert, einem Ethiker an der University of Tasmania:

Dadurch ist ein Trauma entstanden.

Die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie ist ein „Schalter“, der Leben verändern kann.

Aber vielleicht müssen wir auch darüber nachdenken, wer den Schalter steuert.

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