Gehirn-Computer-Schnittstellen: Die Verbindung von Mensch und Maschine

Die Vision, das menschliche Gehirn direkt mit dem Internet zu verbinden, rückt immer näher. Diese Technologie, bekannt als Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) oder Brain-Computer-Interface, verspricht bahnbrechende Möglichkeiten, birgt aber auch erhebliche ethische und gesellschaftliche Risiken.

Was sind Gehirn-Computer-Schnittstellen?

Brain-Computer-Interfaces (BCIs) ermöglichen eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und einem Computer. Sie erfassen neuronale Signale, interpretieren diese und wandeln sie in Befehle um, die von Computern oder Maschinen verstanden werden können. BCIs basieren auf der Erkenntnis, dass bereits die Vorstellung einer Handlung messbare Veränderungen der elektrischen Aktivität des Gehirns hervorruft. So löst beispielsweise die Vorstellung, einen Finger zu bewegen, eine Reaktion im motorischen Kortex aus, der für die Planung und Ausführung willkürlicher Bewegungen zuständig ist.

Im Rahmen eines Trainingsprozesses lernt das BCI, welche Gehirnaktivitäten mit welchen Gedanken oder mentalen Befehlen verknüpft sind. Dadurch können die ausgelesenen Gehirnsignale als neurotechnologisches Eingabesystem verwendet werden. Die Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns erfolgt mithilfe von Elektroden. Spezielle Algorithmen verarbeiten die aufgenommenen Signale, um Muster zu erkennen, die mit bestimmten Gedanken und Vorstellungen korrelieren. Diese Muster werden dann vom BCI in maschinenverständliche Befehle übersetzt.

Wie funktionieren BCIs?

BCIs analysieren die Gehirnaktivität, um diese in Steuerbefehle für Computer umzuwandeln. Es gibt zwei Haupttypen von BCIs:

• Nicht-invasive BCIs: Diese erfassen die elektrische Aktivität des Gehirns mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG). Dabei messen auf der Kopfhaut platzierte Elektroden die Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche. In der Regel handelt es sich um eine mit Sensoren ausgestattete Kappe. Alternativ kann die magnetische Gehirnaktivität auch mittels Magnetoenzephalographie (MEG) aufgezeichnet werden. Nicht-invasive BCIs bieten jedoch nur eine eingeschränkte Genauigkeit, da die Schädeldecke die Signale filtert.
• Invasive BCIs: Diese nutzen direkt in das Gehirn implantierte Elektroden, um die elektrischen Impulse via EEG zu messen. Dieses Verfahren bietet die höchste Signalauflösung, birgt jedoch das Risiko medizinischer Komplikationen wie neuronaler Schäden.

Aktueller Entwicklungsstand

Die Qualität der ausgelesenen Gehirnsignale verbessert sich fortlaufend, insbesondere bei implantierten BCI-Systemen, die eine hohe Übertragungsrate aufweisen und daher zunehmend Gegenstand wissenschaftlicher Arbeiten und Studien sind. Aktuell forschen und arbeiten sowohl staatliche Einrichtungen wie Hochschulen als auch Unternehmen aus der Privatwirtschaft an BCI-Verfahren. Forschungsteams arbeiten beispielsweise an bidirektionalen Schnittstellen, die Signale von außen in das Gehirn übermitteln können. Auch hinsichtlich der Interpretation der Gehirnaktivität werden kontinuierlich Fortschritte erzielt.

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Im Jahr 2020 implantierten Forschende der Universität Zhejiang (China) einem querschnittsgelähmten Patienten ein BCI, mit dessen Hilfe er Roboterarme bewegt und Geräte per Gedanken steuert. Bei der Implantation von BCIs gelten die Vereinigten Staaten und China als führend. In Deutschland fokussiert sich die Forschung auf nicht-invasive BCIs, da diese weniger Risiken bergen.

Einige Unternehmen, die sich mit der Entwicklung von BCIs beschäftigen, sind:

• Neuralink: Das Unternehmen von Elon Musk entwickelt invasive BCIs mit mehr als 1.000 Elektroden, die an haarfeinen Drähten angebracht sind.
• Blackrock Neurotech: Das Unternehmen ist seit 2008 im Bereich der BCIs aktiv und stellte 2004 den ersten für Menschen konzipierten implantierbaren BCI-Chip vor.
• Synchron: Das Unternehmen hat ein minimalinvasives BCI entwickelt, das nicht direkt ins Gehirn implantiert wird, sondern in den Blutgefäßen im Kopf sitzt.

Anwendungsmöglichkeiten

Die wichtigste Anwendung von BCIs liegt derzeit in der Unterstützung von Personen mit erheblichen körperlichen Einschränkungen. BCIs werden bereits eingesetzt, um Menschen mit Behinderungen oder Erkrankungen wie dem Locked-In-Syndrom in ihrer Mobilität, Kommunikation und Selbstständigkeit zu unterstützen. In der Medizin ermöglichen BCIs beispielsweise, einen Roboterarm zu bewegen, mithilfe einer Buchstabiermaschine zu kommunizieren oder Geräte per Gedankenkraft zu steuern. Allerdings befinden sich medizinische BCI-Verfahren momentan noch in der Prototyp-Phase. Im Unterhaltungs- und Wellnessbereich gibt es hingegen erste marktreife Produkte.

In Zukunft sind verschiedene weitere Anwendungsszenarien denkbar:

• Neuroprothesen: BCIs könnten die Entwicklung von Neuroprothesen vorantreiben, mit denen Menschen auch fühlen können oder die es gestatten, sich mit Robotern zu verbinden, um schwierige Aufgaben zu bewältigen.
• Direkte Kommunikation von Gehirn zu Gehirn: Bidirektionale BCIs würden die Möglichkeit eröffnen, direkt von Gehirn zu Gehirn zu kommunizieren, Gedanken auf Cloud-Server zu laden und sich mit dem Internet zu verbinden.
• Steuerung von Geräten und Fahrzeugen: Die Möglichkeit, Geräte und Fahrzeuge allein durch Gedanken zu steuern, könnte das Leben vieler Menschen erleichtern, insbesondere für Menschen mit körperlichen Einschränkungen.

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Chancen und Risiken

BCIs bergen das Potenzial für disruptive Entwicklungen in verschiedenen gesellschaftlichen Bereichen, nicht nur für medizinische Anwendungen, sondern auch für Optimierungen auf der Arbeit, in der Schule oder im Alltag und für Bereiche wie Virtual Reality. Theoretisch lassen sich mithilfe von BCIs noch nicht gelernte Fähigkeiten und nie dagewesene Kapazitäten aktivieren - etwa das Erlernen einer Sprache durch den Download auf das Gehirn.

Trotz dieser Vorteile bergen BCIs auch erhebliche Risiken:

• Datenschutz: Das Auslesen der Gehirnaktivität ermöglicht die Analyse hochsensibler privater Daten. Kritiker warnen davor, dass sich BCIs dazu missbrauchen lassen, die Gedanken und das Verhalten von Personen zu beeinflussen.
• Manipulation: Die Möglichkeit, Emotionen und Gedanken zu manipulieren oder zu hacken, stellt eine ernsthafte Bedrohung dar.
• Fehleranfälligkeit: BCIs sind technisch noch nicht ausgereift und daher fehleranfällig, was im schlimmsten Fall unerwünschte Folgen nach sich zieht.
• Zugriff auf Gehirndaten: Die gleichen Technologieunternehmen, die bereits heute Nutzerdaten im Internet und auf sozialen Medien sammeln, könnten auch an Gehirndaten interessiert sein und diese nutzen, um Wünsche und Verhalten vorherzusagen und zu manipulieren.
• Ethische Bedenken: Wer bestimmt, wer auf die Gedanken zugreifen darf? Wie verhindert man Manipulationen und Missbrauch in großem Stil? Ein noch weitergehender Eingriff in unsere Gedankenwelt erscheint daher erst recht fragwürdig.

Die Gehirn-Cloud-Schnittstelle

Eine besonders zukunftsträchtige Vision ist die Verbindung des Gehirns mit der Cloud. Diese Gehirn-Cloud-Schnittstelle würde es ermöglichen, Ideen aus dem Gehirn direkt ins Netz zu senden oder Informationen abzurufen, ohne Elektrodenkappen oder Verkabelung. Laut den Forschern könnten spezielle Nanoroboter zum Einsatz kommen, die im Gehirn als Verstärker und Sender fungieren.

Die Nanoroboter könnten über die Blutgefäße und die Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn vordringen und sich dort zwischen oder sogar in den Gehirnzellen platzieren. Als neurale Nanosender könnten anfangs magnetoelektrische Nanopartikel dienen, die bereits in der Forschung zum Einsatz kommen. Voraussetzung ist allerdings, dass diese Nanopartikel die Blut-Hirn-Schranke überwinden und keinen Schaden anrichten.

Ein solches System könnte Menschen dazu befähigen, instantan auf das gesamte in der Cloud verfügbare menschliche Wissen zuzugreifen. Umgekehrt könnten die im Gehirn sitzenden Nanoroboter auch neue Formen der virtuellen Realität erzeugen, indem sie Daten aus der Cloud direkt in Hirnsignale übersetzen. Diese künstlichen Signale wären von echten Sinnesreizen nicht mehr unterscheidbar. Auch Verbindungen von Gehirn zu Gehirn wären durch diese cloudbasierte Schnittstelle möglich.

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Ethische und rechtliche Aspekte

Die Entwicklung von BCIs wirft eine Reihe ethischer und rechtlicher Fragen auf, die sorgfältig abgewogen werden müssen:

• Privatsphäre der Gedanken: Das Recht des Menschen an seinen eigenen Gedanken muss gesetzlich geschützt werden.
• Datenschutz: Klare Vorschriften sind erforderlich, wer Daten aus dem Gehirn speichern, verarbeiten oder verkaufen darf.
• Einwilligung: Die informierte Einwilligung der Nutzer ist unerlässlich, insbesondere bei invasiven Eingriffen.
• Gleichberechtigung: Der Zugang zu BCI-Technologien sollte nicht von finanziellen Möglichkeiten abhängen, um soziale Ungleichheit zu vermeiden.
• Verantwortung: Es muss geklärt werden, wer für Schäden haftet, die durch den Einsatz von BCIs entstehen.

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