Erstmals wird Menschen ein Gehirn-Computer-Schnittstellenchip implantiert! Die Matrix wird Realität?

Am 30. Januar 2024 veröffentlichte Elon Musk auf der sozialen Plattform X (ehemals Twitter) eine Nachricht: „Neuralink hat die erste Implantation einer menschlichen Gehirn-Computer-Schnittstelle erfolgreich durchgeführt, und der Empfänger erholt sich gut. Darüber hinaus funktioniert das implantierte Gerät gut und hat neuronale Signale vom Gehirn des Empfängers empfangen.“

Screenshot der X-Nachricht von Elon Musk

Das Team des Xuanwu-Krankenhauses der Capital Medical University und das Team der School of Medicine der Tsinghua-Universität gaben kürzlich gemeinsam bekannt, dass bei der Gehirn-Computer-Schnittstelle schrittweise Fortschritte erzielt wurden. Der weltweit erste Tetraplegiker, der eine assistierte Behandlung mit einer implantierbaren Epiduralelektrode zur Gehirn-Computer-Schnittstelle erhielt, konnte autonom und gehirngesteuert trinken.

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Dies zeigt, dass es im Bereich der Gehirn-Computer-Schnittstellen erhebliche Fortschritte gegeben hat. Viele Internetnutzer befürchten sogar, dass sich etwas Ähnliches wie in „Matrix“ und „Ghost in the Shell“ wiederholen könnte, wo Hacker Gehirn-Computer-Schnittstellen nutzen, um andere zu kontrollieren. Ist diese Sorge berechtigt? Wofür genau können Brain-Computer-Interfaces eingesetzt werden? Lassen Sie uns unten ausführlich darüber sprechen.

Ist die Gehirn-Computer-Schnittstelle ein neues Konzept?

Das Gerät, das Musks „Neuralink“ dieses Mal in den menschlichen Körper implantiert hat, ist das Gerät namens Telepathy im Bild unten (auf der offiziellen Website von Neuralink wird es als N1-Implantat bezeichnet).

Neuralinks „N1-Implantat“, Bild von der offiziellen Website von Neuralink

Handelt es sich hierbei also um einen beispiellosen Durchbruch?

Obwohl viele Medien Worte wie „das erste menschliche Implantat“ verwendeten, um über diesen Vorfall zu berichten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass dies lediglich der erste Versuch von Neural Connection am Menschen ist und nicht das erste Experiment mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle. Das Konzept der Gehirn-Computer-Schnittstelle lässt sich auf das Jahr 1973 zurückverfolgen, als Jacques Vidal von der University of California in Los Angeles erstmals die „Gehirn-Computer-Schnittstelle“ (BCI) vorschlug.

In den 1970er Jahren versuchte ein Team erfolgreich, Gehirn-Computer-Schnittstellengeräte in Menschen zu implantieren. Obwohl es früher noch kein Konzept einer Gehirn-Computer-Schnittstelle gab, hatten viele Menschen bereits auf diesem Gebiet geforscht (siehe Abbildung unten).

Geschichte der Brain-Computer-Interface-Forschung, Bildquelle: Referenzen

Daher war der Erfolg von Musks Operation, um genau zu sein, ein weiterer wichtiger Schritt nach vorne, der auf der Arbeit seiner Vorgänger basierte.

In zwei kürzlich erfolgreichen Fällen wurden Implantate eingesetzt. Muss die Maschinenschnittstelle also ein Teil im Gehirn installieren? Wäre es nicht bequemer, auf das System zuzugreifen, indem man einfach einen Helm trägt, wie in vielen Science-Fiction-Filmen? Dazu müssen wir über die beiden Arten von Gehirn-Computer-Schnittstellen sprechen: nicht-invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen und invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen. Lassen Sie uns nacheinander darüber sprechen.

Nicht-invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle

Nichtinvasive Gehirn-Computer-Schnittstellen klingen zwar nach High-End, aber viele unserer Freunde haben sie wahrscheinlich schon benutzt, weil wir im Krankenhaus möglicherweise Elektroenzephalogramm-Untersuchungen unterzogen werden. Das Elektroenzephalogramm (EEG) ist die Grundlage vieler nichtinvasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen.

Mithilfe des EEG können Ärzte die Gehirnfunktion bestimmen und Krankheiten erkennen. Durch Training können Menschen auch bestimmte Funktionen erreichen, indem sie ihre Gedanken anpassen und bestimmte Gehirnwellen aussenden.

So manipulierte beispielsweise der Experimentalmusikkomponist Alvin Lucier im Jahr 1965 Schlaginstrumente und schuf Musik, indem er die Produktion von Alphawellen im menschlichen Gehirn auslöste.

Neben der Musikkomposition gibt es für nichtinvasive Gehirn-Computer-Schnittstellen auch praktischere Anwendungen. In den 1990er Jahren begann der Neurobiologe Niels Birbaumer beispielsweise damit, zehn nahezu gelähmte Epilepsiepatienten darin zu trainieren, Zeichen über Gehirnwellen einzugeben. Obwohl die Eingabegeschwindigkeit sehr langsam war, war sie für fast gelähmte Patienten bereits bemerkenswert.

Im Jahr 2021 verwendeten Forscher außerdem eine nicht-invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle auf Basis eines Elektroenzephalogramms, um elektrische Signale aus dem Gehirn von Schlaganfallpatienten zu sammeln. Nach der Analyse der elektrischen Signale setzten sie Roboter ein, um die Patienten bei Handbewegungen zu unterstützen und die Wiederherstellung der Handmotorik zu fördern.

Neben der Erkennung von Gehirnströmen können nichtinvasive Gehirn-Computer-Schnittstellen die Dynamik des Gehirns auch auf andere Weise beurteilen. Ein Unternehmen namens Kernel verwendet ein helmähnliches Infrarotgerät, um Veränderungen bestimmter Bestandteile des Blutes im Kopf festzustellen und so indirekt auf die neuronale Aktivität des Gehirns zu schließen. Das Gerät kann erkennen, welches Lied eine Person gerade hört, und kann Ärzten auch dabei helfen, auf Gehirnerkrankungen zu untersuchen.

Die Besonderheiten nichtinvasiver Brain-Computer-Interface-Geräte liegen darin, dass sie Gehirnsignale direkt von außen erfassen können, ohne dass ein chirurgischer Eingriff erforderlich ist. Dadurch sind die Experimente bequemer und die Risiken relativ gering. Aufgrund von Störungen durch Schädel und Haut wird jedoch die Auflösung nichtinvasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen beeinträchtigt. Wenn es möglich ist, Signale direkt aus der Großhirnrinde zu empfangen, können genauere neuronale Signale gewonnen werden, wofür eine andere Art von Gehirn-Computer-Schnittstelle erforderlich ist – eine invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle.

Invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle

Invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen erfordern einen chirurgischen Eingriff, bei dem Elektroden in die Großhirnrinde oder die graue Substanz implantiert werden, um genauere Signale zu erhalten. Dieses N1-Implantat gehört zu dieser Kategorie.

Bereits 1978 wurden invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen am Menschen getestet. Damals hoffte der Wissenschaftler William Dobelle, mithilfe invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellengeräte nicht von Geburt an blinden Patienten dabei helfen zu können, „ihr Sehvermögen wiederherzustellen“.

Dobell implantierte einem Patienten, der nicht blind geboren war, ein Elektrodengerät in den visuellen Kortex. Dieses Elektrodengerät ist mit der Kamera auf der Brille des Patienten verbunden. Nachdem die Kamera Lichtsignale aus der Umgebung erfasst hat, überträgt sie das Signal an die Elektrode. Die Elektrode stimuliert den visuellen Kortex im Gehirn des Probanden und ermöglicht es der blinden Person, wieder „Licht zu sehen“. Dies ist zugleich das erste invasive menschliche Experiment mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle.

Neben der Lösung von Sehproblemen finden invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen auch zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten bei der Bewegung von Cursorn und der Steuerung von Prothesen. So wurde beispielsweise im Jahr 1998 einem Patienten, der am „Locked-in-Syndrom“ litt (beinahe vollständige Lähmung und Unfähigkeit, seine Gliedmaßen zu bewegen), ein Gerät mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle implantiert, mit dem der Patient einen Computercursor mit seinem „Geist“ steuern konnte.

Im Januar 2024 wird das invasive Gehirn-Computer-Schnittstellengerät von Neural Connection in der Lage sein, die Beziehung zwischen den Gehirnströmen und Absichten des Benutzers zu erlernen. Laut Musk kann dieses Gerät den Benutzern dabei helfen, ihre Mobiltelefone, Computer und alle damit verbundenen Geräte zu steuern.

Natürlich sind invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen nicht ohne Nachteile. Das offensichtlichste Risiko ist das Operationsrisiko. Nach der Operation kann sich an der Wunde Narbengewebe bilden, das die von den Elektroden empfangenen Signale beeinträchtigt. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass der menschliche Körper das Implantat abstößt, was negative Auswirkungen auf den Körper des Empfängers haben und zu Infektionen führen kann. Daher gibt es keinen absoluten Unterschied zwischen der invasiven und der nicht-invasiven Gehirn-Computer-Schnittstelle. Die Auswirkungen und Risiken müssen umfassend beurteilt werden.

Menschliche Gedanken sind komplex und kompliziert, und für Gehirn-Computer-Schnittstellen ist es tatsächlich eine schwierige Aufgabe, herauszufinden, was der Besitzer tun möchte. Unabhängig davon, ob sie invasiv oder nicht-invasiv sind, müssen Gehirn-Computer-Schnittstellen Signale vom Gehirn erfassen und diese Signale in spezifische Absichten umwandeln. Dieser Prozess erfordert die Analyse und Verarbeitung einer großen Menge an Signaldaten, und genau darin ist die Technologie der künstlichen Intelligenz, insbesondere die Deep-Learning-Technologie, gut.

Mit der Entwicklung der Deep-Learning-Technologie hat künstliche Intelligenz die Lücken in den chaotischen EEG-Daten gefüllt und die Fehlerrate beim Dekodieren der Aufzeichnungen erheblich reduziert. Daher hat mit der Entwicklung der Deep-Learning-Technologie auch die Brain-Computer-Interface-Technologie rasche Fortschritte gemacht.

Wird die Gehirn-Computer-Schnittstelle zu einer Hintertür für Hacker?

In Science-Fiction-Werken wie „Matrix“ und „Ghost in the Shell“ können Meisterhacker problemlos an die Informationen anderer Personen gelangen und die Infizierten sogar über Gehirn-Computer-Schnittstellen manipulieren. Aus diesem Grund lehnen viele Menschen Gehirn-Computer-Schnittstellen ab.

Kaum waren Musks Neuigkeiten zur Gehirn-Computer-Schnittstelle bekannt geworden, tauchten im Kommentarbereich sofort Bedenken hinsichtlich der Sicherheit dieser Schnittstelle auf. Die Nachricht mit den meisten Likes war beispielsweise die im Bild unten: „Wenn Ihr Gehirn-Computer-Schnittstellenchip gehackt wird (Ihr Status)“.

Bildquelle: Screenshot der Nachricht (Hinweis: Das Bild ist ein Screenshot eines berühmten Gehirnwäsche-Songs, der im Internet beliebt ist)

Neben der Sicherheit können Gehirn-Computer-Schnittstellen auch ethische Probleme aufwerfen. Eine Forschungsrichtung im Bereich der Gehirn-Computer-Schnittstellen ist beispielsweise die Emotionserkennung und Emotionsregulation. So können beispielsweise Gehirn-Computer-Schnittstellengeräte die wahren Emotionen einer Person erkennen, die diese nicht ausdrücken möchte, und sie können Emotionen auch „regulieren“, indem sie bestimmte Gehirnbereiche durch elektrische Ströme stimulieren. Wenn wir nicht möchten, dass andere unsere Gedanken kennen, und nicht gezwungen werden wollen, glücklich zu sein, wenn wir traurig sind, wird es dann ethische Probleme mit solchen Gehirn-Computer-Schnittstellen geben?

Die gute Nachricht ist, dass man sich derzeit über diese Probleme keine Sorgen machen muss, da die aktuelle Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie noch lange nicht auf dem Niveau von Science-Fiction-Filmen ist und sich die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie derzeit nicht an normale Menschen richtet. Die meisten Gehirn-Computer-Schnittstellen werden nur verwendet, um Menschen mit Behinderungen zu einem besseren Leben zu verhelfen. Wie sieht die Zukunft aus? Mit der Weiterentwicklung der Brain-Computer-Interface-Technologie wird sie wahrscheinlich eines Tages Einzug in das Leben der einfachen Menschen halten.

Doch können wir aus einem Satz lernen, der in einem Nature-Artikel aus dem Jahr 2009 erwähnt wird: „Gehirn-Computer-Schnittstellen werfen zwar einige ethische Fragen auf, aber diese Fragen stellen nie neue Herausforderungen dar.“ Im medizinischen und naturwissenschaftlichen Bereich gibt es bereits zu viele ähnliche Fälle. Bevor und nachdem eine Technologie tatsächlich den Massenmarkt erreicht, werden die entsprechenden Normen und Einschränkungen schrittweise verbessert. Wir müssen nur genau aufpassen und es besteht kein Grund zur Panik im Vorfeld.

Verweise

[1] https://neuralink.com/

[2]https://www.reuters.com/science/elon-musks-neuralink-gets-us-fda-approval-human-clinical-study-brain-implants-2023-05-25/

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[4] Chen, Q., Yuan, T., Zhang, L., Gong, J., Fu, L., Han, X., Ruan, M. & Yu, Z. (2023). Zeitschrift für Biomedizintechnik, 40(3), 566–572. https://doi.org/10.7507/1001-5515.202303038

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[7]https://www.scientificamerican.com/article/elon-musks-pig-brain-implant-is-still-a-long-way-from-solving-paralysis/

[8]https://www.wired.com/2002/09/vision/

[9]ClausenJ.Man,machineandinbetween[J].Nature,2009,457(7233):1080-1081.

Dieser Artikel ist ein Werk des Science Popularization China-Starry Sky Project

Produziert von: Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der Chinesischen Vereinigung für Wissenschaft und Technologie

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

Autor: Science Scraps Popular Science Creator

Gutachter: Tao Ning, Assoziierter Forscher, Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften