Manche Menschen sind in ihren Gedanken gefangen, können nicht denken und fühlen, können sich aber nicht ausdrücken, weil Hirnverletzungen oder Krankheiten ihre Kommunikationswege mit der Außenwelt beschädigt haben.
Um Menschen in solchen Situationen zu helfen, haben Wissenschaftler der Washington University School of Medicine in St. Louis gezeigt, dass sie mithilfe von Licht erkennen können, was im Kopf einer Person vor sich geht. Forscher verwenden LED-Licht, das von der Außenseite des Kopfes nach innen abgestrahlt wird, um Aktivitäten in dem für die visuelle Verarbeitung verantwortlichen Gehirnbereich zu erkennen, und entschlüsseln dann Gehirnsignale, um festzustellen, was die Person sieht.
Um dieses Kunststück zu erreichen, mussten Neuroimaging-Tools und Analysetechniken entwickelt werden, die das Feld der Lösung des viel komplexeren Problems der Sprachdecodierung einen Schritt näher bringen.
Das Studium der Gehirnsignale
Forschung, online verfügbar in der Zeitschrift NeuroImagezeigt das Potenzial von diffuse optische Tomographie mit hoher Dichte (HD-DOT). Eine nicht-invasive, tragbare, lichtbasierte Bildgebungstechnologie für das Gehirn, die empfindlich und präzise genug ist, um in Anwendungen wie dieser potenziell nützlich zu sein.
„MRT könnte zum Entschlüsseln von Gehirnsignalen verwendet werden, aber es erfordert einen Scanner, und Sie können nicht erwarten, dass jemand jedes Mal an einen Scanner denkt, wenn er kommunizieren möchte“, sagt der leitende Autor. Joseph P. Culver, Professor für Radiologie an der Washington University.
Mit dieser optischen Methode könnten Benutzer auf einem Stuhl sitzen, eine Kappe aufsetzen und diese Technologie verwenden, um mit Menschen zu kommunizieren. Wir sind noch nicht ganz da, aber wir machen Fortschritte. Was wir in diesem Artikel gezeigt haben, ist, dass wir mithilfe der optischen Tomographie einige Gehirnsignale mit einer Genauigkeit von mehr als 90% dekodieren können, was sehr vielversprechend ist.
Joseph P. Culver
Wie die Technologie zur Dekodierung von Gehirnsignalen funktioniert
Wenn die neuronale Aktivität in irgendeiner Region des Gehirns zunimmt, strömt sauerstoffreiches Blut, um die Aktivität anzutreiben. HD-DOT verwendet Licht, um diese Blutversorgung zu erfassen. Die Teilnehmer tragen eine Kappe mit Dutzenden von Fasern, die Licht von winzigen LEDs auf den Kopf übertragen. Nachdem das Licht durch den Kopf übertragen wurde, erfassen die Detektoren die dynamischen Änderungen der Farben des Gehirngewebes infolge der Änderungen des Blutflusses.
Culver, Erstautor, ein Schüler von ihm Kalyan-Tripathie und Kollegen machten sich daran, das Potenzial von HD-DOT für die Dekodierung von Gehirnsignalen zu bewerten. Sie begannen mit dem visuellen System, weil es eine der am besten verstandenen Gehirnfunktionen ist.
Wie wurde das Lesen von Gehirnsignalen perfektioniert?
Phase 1
Die Forscher begannen einfach. Sie rekrutierten fünf Teilnehmer für mehrere fünf- bis zehnminütige Sitzungen, in denen den Teilnehmern jeweils für einige Sekunden ein Schachbrettmuster auf der linken oder rechten Seite des Gesichtsfelds gezeigt wurde, unterbrochen von Pausen, in denen kein Bild zu sehen war.
Die Forscher konnten die korrekte Position des Boards identifizieren (links, rechts oder überhaupt nicht sichtbar). mit einer Genauigkeit von 75% bis 98%.
Phase 2
Nach dem ersten „Training“ machten die Forscher das Problem komplexer. Sie zeigten den Teilnehmern einen Schachbrettkeil, der sich um 10 Grad pro Sekunde drehte. Drei Teilnehmer saßen an zwei verschiedenen Tagen für sechs Sieben-Minuten-Schichten. Unter Verwendung desselben Modells und derselben Testausführungsstrategie konnten die Forscher die Position des Keils innerhalb von 26 Grad genau bestimmen.
Klingt kompliziert? Sehen Sie, ob Sie uns mit diesem Video besser verstehen:
Die Ergebnisse sind ein erster Schritt in Richtung des ultimativen Ziels, die Kommunikation für Menschen zu erleichtern, die aufgrund von Zerebralparese, Schlaganfall oder ähnlichen Erkrankungen Schwierigkeiten haben, sich auszudrücken.
Und nun?
„Es scheint ein riesiger Sprung zu sein, durch die Boards zu gehen, um herauszufinden, welche Wörter jemand intern verbalisiert“, sagt Culver. „Aber viele der Prinzipien sind gleich. Das Ziel ist es, Menschen bei der Kommunikation zu helfen, und was wir durch die Entschlüsselung dieser Gehirnsignale gelernt haben, ist ein solider Schritt in Richtung dieses Ziels.
