Künstliche Intelligenz

Gedanken schicken eine SMS

Forscher aus Regensburg und Pilsen entwickeln eine Hilfe für bewegungsunfähige Menschen. Daraus könnte noch mehr werden.

Es gibt Menschen, die wegen einer Erkrankung kaum in der Lage sind, sich ihrer Umgebung mitzuteilen. Locked-In-Patienten etwa können bewegungsunfähig sein, womöglich gerade noch die Augen aufschlagen, sonst nichts. Gleichzeitig sind diese Menschen bei vollem Bewusstsein. Forscher in Ostbayern und im tschechischen Pilsen arbeiten nun gemeinsam daran, für derart massiv eingeschränkte Menschen ein System zu entwickeln, mit dessen Hilfe sie kommunizieren und sogar einfache Tätigkeiten ausführen können  – allein mit Hilfe ihrer Gedankenkraft.

Stefan Gottwald ist der Projektleiter in Regensburg. Der Forscher bei der Sensorik Bayern GmbH, die in der neuen Tech-Base vis-á-vis der Universität angesiedelt ist, beschreibt ein Szenario: Ein Locked-In-Patient wird morgens von seiner Pflegekraft gewaschen. Danach legt ihm dieser Helfer das System an. Es besteht zunächst aus einem Headset, das über Nacht auf der Ladestation Strom aufgesaugt hat. Auf einem Bildschirm in Sichtweite wechseln sich wiederkehrende Bilder ab. Der Patient betrachtet sie und löst allein durch die Aktivität seines Gehirns eine Aktion aus, zum Beispiel „Fernseher einschalten“. Die angekoppelte Haussteuerung führt den Befehl aus. Oder der Patient schickt eine Nachricht per SMS an den/die Pfleger/in: „Durst“, Hunger“, „kalt“ – was auch immer.

Sensoren messen Spannungen und somit indirekt die Gehirnströme und funken sie an einen Minicomputer

Technisch funktioniert das folgendermaßen: An dem Headset sind fünf bis acht Sensoren angebracht. Sie messen Spannungen und somit indirekt die Gehirnströme und funken sie an einen Minicomputer, der einem Router ähnelt. Der Kleinrechner leitet die Informationen weiter an einen Cloud-Rechner, an die Haussteuerung oder versendet eine Nachricht. Die Auswahl an Botschaften, die der Patient ans System weitergeben kann, trifft zuvor ein „Stimulator“. Wahrscheinlich wird man einen Bildschirm wählen, auf dem eine Auswahl von Bildern gezeigt werden. Denkbar wären alternativ etwa auch akustische Signale.

„Gedanken lesen können wir nicht“ ​Stefan Gottwald, Projektleiter in Regensburg

Eine Vorauswahl ist notwendig. Denn auch wenn Facebook angekündigt hat, künftig Dienstleistungen anbieten zu wollen, welche die Nutzer per Gedankenkraft anfordern – „Gedanken lesen können wir nicht“, versichert Gottwald. Ihm ist auch schleierhaft, wie das in Zukunft gehen sollte.

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So wurden Gehirnströme einst gemessen - für den Alltag der Patienten passt das nicht. Foto: dpa

Allerdings wissen er und die anderen Beteiligten, was ihr „Digitales Assistenzsystem für motorisch eingeschränkte Menschen mittels Hirnwellen“ (Projektname BASIL) leisten soll und was sie dazu tun müssen. Um den Menschen mit solchen Erkrankungen, zu denen auch Multiple Sklerose oder ALS (berühmtester Patient: Stephen Hawking) ins Gehirn schauen zu können, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder pflanzt man Sensoren unter der Schädeldecke direkt aufs Gehirn – „das wollen wir gerade nicht“, sagt Gottwald. Oder man legt die Sensoren mittels einer Haube oder ähnlichem auf die Kopfhaut. Nachteil: Dort sind die Messsignale viel schwächer. Und mit herkömmlichen Sensoren braucht man ähnlich einem EEG beim Arzt als Kontaktmittel ein Gel. Da stören die Haare. Dieses Problem lösen die Forscher mithilfe neuer Trockenelektroden, die wie Federstifte geformt an den Haaren vorbei zur Kopfhaut vordringen.

Dort haben sie es mit Spannungen im Bereich von millionstel Volt zu tun. Es gibt einen Spezialisten in der Natur, der solche Mini-Ströme wahrnehmen kann: der Hai. Aber sonst? Die Signale müssen also verstärkt werden. Diesen Verstärker entwickeln die Regensburger derzeit. Er muss klein und günstig werden – das ganze System soll am Ende nur rund 1000 Euro kosten. Teure und unkomfortable Systeme existieren bereits in Labors. Aber das Hilfsmittel soll erschwinglich sein, um für möglichst viele Hilfebedürftige infrage zu kommen.

Ein Baustein für eine bessere Pflege

Eine Grundüberlegung für BASIL besteht darin, dass die Zahl der Patienten, die solche Hilfe brauchen, steigen wird. Gleichzeitig mangelt es an Pflegepersonal, ganz besonders in dünner besiedelten Regionen in Grenznähe. Das Assistenzsystem soll diesen Patienten ermöglichen, zuhause zu bleiben oder im Heim eine bessere Pflege zu erhalten.

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Der Leiter des Forschungsprojekts Stefan Gottwald Foto: Fleischmann

Allzu viele Patienten mit diesen Krankheiten gibt es aber nicht, sagt Gottwald. Das bedeutet, dass BASIL zumindest bei diesen medizinischen Anwendungen hohe Stückzahlen, die für günstigere Preise pro Einheit sorgen würden, versagt bleiben. Insofern freut sich Gottwald darüber, dass BASIL ein gefördertes Forschungsprojekt ist und so überhaupt möglich wird.

Die Patienten werden auch mit dem System stark eingeschränkt bleiben. Gottwald glaubt, dass sie Anwendungen wie Licht an/aus, Radio, Fernsehen bedienen, einfache Nachrichten verfassen und versenden, Hunger und Durst signalisieren können – in einer ersten Stufe. Später sei mehr denkbar. In gewisser Weise laufe BASIL auf eine Digitalisierung des Menschen hinaus – was Gottwald bei aller guter Absicht auch als erschreckend empfindet.

Es läuft auf eine Digitalisierung des Menschen hinaus

Noch steckt das Projekt im Anfangsstadium. Erst sechs von geplanten 36 Monaten sind verstrichen. Aber es läuft gut an, sagt der hiesige Projektleiter. „Wir wissen weitgehend, welche Hardware wir brauchen und sind bei der Umsetzung auf einem guten Weg.“ Die Kollegen in Pilsen übernehmen den Bereich Software/Algorithmen, sprich sie entwickeln die Stimulationstechnik und ermitteln den Bedarf. Es geht nicht nur darum, was technisch machbar ist. Sondern vor allem auch um die Frage, welche Bedürfnisse die Patienten und Angehörigen am dringendsten erfüllt haben möchten. Was sich als gar nicht so einfach herausgestellt hat, eben weil es recht wenige Patienten gibt, vor allem nicht in Kliniken. Also müssen die Forscher sich aufmachen in Pflegeheime und in Privathaushalte. Nach den 36 Monaten soll ein fertiger Prototyp entstanden sein inclusive Computerumgebung und Headset. Erst danach würde ein marktfähiges Produkt entstehen.

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Erste Simulationen – noch mit konventioneller Haube – laufen in der Regensburger Tech-Base: Projektleiter Stefan Gottwald mit Teammitglied Stefan Koegst in einem Labor. Foto: Fleischmann

Es müsse sich keineswegs auf medizinische Anwendungen beschränken. Gottwald denkt zum Beispiel auch an Einsätze in der digitalen Arbeitswelt – Stichwort Industrie 4.0. Die Idee zu dem Projekt hatten die Kollegen in Pilsen. Der dortige Neurowissenschaftler Dr. Roman Moucek war auf die SPS Strategische Partnerschaft Sensorik in Regensburg zugegangen. Gemeinsam hat man sich um die Förderung als europäisches Projekt beworben und ist ausgewählt worden.

Der Partner in Pilsen

  • Die Westböhmische Universität in Pilsen (WBU), Partner der Regensburger in dem BASIL-Projekt, ist die einzige öffentliche Hochschule in der Pilsner Region. Derzeit besteht die WBU aus neun Fakultäten, zwei Hochschulinstituten, vier Forschungszentren und hat mehr als 12 000 Studenten.
  • Der Fokus der WBU liegt auf einer engen Zusammenarbeit unterschiedlicher Fakultäten und Fachbereiche. Die WBU ist erfahrener Partner bei internationalen Kooperationen. Im Programm INTERREG hat sie bereits 21 Projekte in grenzübergreifender Zusammenarbeit mit bayerischen Partnern abgewickelt.
Kapitel
I
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