Brain Computer Interface Mit Gedankenkraft ein Exoskelett steuern

Wissenschaftler an der Korea University, Korea, und der TU Berlin wollen über ein Brain Computer Interface die Hirnströme dekodieren, in Steuersignale umwandeln und damit beispielsweise ein Exoskelett steuern. Funktionieren soll das über in unterschiedlicher Frequenz flackernde LEDs.

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Wissenschaftler konnten ein Exoskelett als Gehhilfe über ein Brain Computer Interface, kurz BCI, steuern. Dazu werden spezifische, durch ein Elektroenzephalogramm gemessene Hirnströme eines Nutzers dekodiert und in Steuersignale umgewandelt. Der Benutzer richtet dazu seine Aufmerksamkeit auf eine von fünf flackernden Leuchtdioden und das BCI-System ermöglicht es, dass das Exoskelett hirngesteuert entweder vorwärts oder nach links oder rechts bewegt wird, sich hinsetzt oder aufsteht.

Jede der fünf LEDs flackert in einer unterschiedlichen Frequenz, wobei alle LEDs gleichzeitig flackern. Nur wenn der Nutzer seine Aufmerksamkeit auf eine spezifische LED fokussiert, dann ist deren Flackerfrequenz im EEG stärker reflektiert als die der anderen LEDs, auf die keine Aufmerksamkeit gelenkt wird. Diese Auswahl kann damit in Echtzeit identifiziert und als Steuersignal für das Exoskelett genutzt werden. Ein Schlüsselproblem ist die technische Trennung der Signaturen von den Hirnströmen anderer Hirnaktivitäten sowie den ausgeprägten Artefakten, die durch das Exoskelett verursacht werden.

Das Exoskelett im Einsatz

„Exoskelette erzeugen eine Menge elektrisches Rauschen“, erklärt Prof. Dr. Klaus-Robert Müller von der TU Berlin. „Das eigentlich interessante EEG-Signal wird unter all dem technischen Rauschen begraben. Unser System kann nicht nur das EEG-Nutzsignal trennen, sondern zusätzlich die Frequenz der flackernden LEDs unterscheiden.“

Obwohl in dieser Studie das neue System nur für gesunde Probanden getestet wurde, hat es Potenzial auch kranken oder behinderten Menschen zu helfen. „Menschen mit Amyotropher Lateralsklerose, einer neurodegenerative Erkrankung, oder Lähmung durch starke Rückenmarksverletzung haben größte Schwierigkeiten zu kommunizieren beziehungsweise können ihre Gliedmaßen nicht bewegen“, führt Müller aus. „Eine Dekodierung ihrer Intentionen aus Hirnsignalen könnte neue Wege zur Kommunikation und damit zum Gehen aufzeigen.“

Das vorgeschlagene BCI-Steuersystem wäre ein technisch simpler und praktikabler Zusatz für Exoskelette, besonders da EEGs, EEG-Kappen und Hardware immer günstiger. Die Probanden des Experiments brauchten nur wenige Minuten, um die Kommunikation mit dem Exoskelett über BCI zu lernen. Für alle Probanden wurden wegen der flackernden LEDs neurologische Vorerkrankungen, dazu zählt Epilepsie, ausgeschlossen. Die Wissenschaftler arbeiten daran, die visuelle Ermüdung bei längerer Nutzung des Systems zu reduzieren.

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