Mithilfe der Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie können Menschen „Gedankenkommunikation“ realisieren. Wie weit sind wir von der Cyborg-Welt entfernt?

Nach einem Schlaganfall beeinträchtigen die durch die Hirnschädigung verursachte Lähmung der Gliedmaßen und die Sprachfunktionsstörungen die Lebensqualität und Kommunikationsfähigkeit des Patienten erheblich. Um Schlaganfallpatienten dabei zu helfen, ihre Sprachfunktion wiederzuerlangen, hat die medizinische Gemeinschaft hart daran gearbeitet, dieses schwierige Problem zu überwinden.

In der Vergangenheit konnten manche Patienten mit Sprachstörungen durch Tippen auf der Tastatur mit der Außenwelt kommunizieren. Dazu mussten sie jedoch einen Teil ihrer Gliedmaßen kontrollieren können. Zudem war die Tippgeschwindigkeit immer noch zu langsam und die Kommunikation nicht reibungslos genug.

Die Brain-Computer-Interface-Technologie und die künstliche Intelligenz haben großes Potenzial zur Lösung dieses schwierigen Problems gezeigt und es gibt immer wieder neue Forschungsergebnisse.

Brain-Computer-Interface ermöglicht „Sprechen mit Gedanken“

Kürzlich veröffentlichte ein Team unter der Leitung von Yulia Berezutskaya vom Donders Institute for Brain, Cognition and Behavior an der Radboud-Universität in den Niederlanden und dem Universitätsklinikum Utrecht in den Niederlanden einen Forschungsbericht in der Zeitschrift Neuroengineering. Darin hieß es, sie hätten einigen nicht gelähmten Freiwilligen vorübergehend eine Gehirn-Computer-Schnittstelle implantiert. Diese Freiwilligen wurden gebeten, 12 vorgegebene Wörter laut auszusprechen, und das Gerät zeichnete ihre Gehirnaktivitätssignale auf.

Bildquelle: pixabay Autor: CDD20

Anschließend nutzten die Forscher fortschrittliche künstliche Intelligenz, um die Gehirnaktivitätssignale der Freiwilligen zu entschlüsseln, eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen ihnen und bestimmten Wörtern herzustellen und die Signale in Sprachausgabe umzuwandeln. Das Experiment mit diesen Freiwilligen verlief erfolgreich und die Ergebnisse zeigten, dass die Maschine nicht nur die Wörter, die den Signalen der Gehirnaktivität entsprachen, mit einer Genauigkeitsrate von 92 bis 100 % genau identifizieren konnte, sondern, was noch erstaunlicher war, dass die maschinell umgewandelte Sprache in Intonation und Akzent sogar sehr nahe an der des Freiwilligen selbst lag.

Das bedeutet, dass das Sprechen durch Gedanken möglich wird!

Bildquelle: piqsels

Vielleicht müssen Menschen mit Sprachstörungen eines Tages nur noch darüber nachdenken, was sie sagen möchten, und die Gehirn-Computer-Schnittstelle kann die Signale der Gehirnaktivität erfassen und sie dann sofort als vollständige und flüssige Sätze über die Maschine ausgeben. Normale Menschen können mit ihnen genauso reibungslos kommunizieren, als würden sie mit echten Menschen kommunizieren.

Yulia glaubt, dass das von ihnen derzeit entwickelte Modell bestimmte Ergebnisse erzielt hat, indem es die komplexe Abbildungsbeziehung zwischen Gehirnaktivität und Sprache anhand eines kleineren Datensatzes besser aufzeigt. Sie wiesen jedoch auch darauf hin, dass dieses Modell Einschränkungen hat. Bisher haben sie es nur an nicht gelähmten Freiwilligen und nur 12 Wörter getestet. Daher ist der Anwendungsbereich dieses Modells möglicherweise noch sehr begrenzt. Um das Verständnis eines beliebigen Wortes, eines ganzen Satzes oder sogar eines Absatzes zu erreichen, sind Forschung und Durchbrüche bei größeren Datensätzen, fortschrittlichere Gehirn-Computer-Schnittstellenimplantate und leistungsfähigere Sprachmodelle der künstlichen Intelligenz erforderlich.

Chancen und Herausforderungen von Brain-Computer-Interfaces

Obwohl noch ein langer Weg vor uns liegt, glaubt Yulia, dass sie sich in die richtige Richtung bewegen. Sie sagte, das ultimative Ziel dieser Technologie bestehe darin, gelähmten Patienten, die sowohl die Muskelkontrolle als auch die Sprachfähigkeit verloren haben und überhaupt nicht mehr in der Lage sind, mit der Außenwelt zu kommunizieren, die Möglichkeit zu geben, das, was sie sagen möchten, über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle in Sprachausgabe umzuwandeln und so die Fähigkeit zur Kommunikation wiederzuerlangen.

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Technologien wie Gehirn-Computer-Schnittstellen, Big Data und künstliche Intelligenz bieten Patienten mit Gehirnerkrankungen wie Schlaganfall neue Möglichkeiten, ihre Kommunikationsfähigkeit wiederherzustellen. Wir sind davon überzeugt, dass es mit der Weiterentwicklung der Technologie in Zukunft möglich sein wird, jede Gehirnaktivität präzise zu entschlüsseln. So können mehr Patienten, die ihre Sprachfähigkeit verloren haben, ihre Fähigkeit zur Kommunikation über die Stimme wiedererlangen, was ihre Lebensqualität erheblich verbessern und mehr Menschen zugutekommen wird.

Gleichzeitig sehen wir aber auch, dass diese Technologien noch viele ungelöste Probleme aufweisen. So können Gehirnimplantate beispielsweise intrakraniale Infektionen verursachen und Big Data- und künstliche Intelligenz-Technologien bergen Risiken für die Privatsphäre und Informationssicherheit der Bürger. Wir hoffen, dass diese Probleme auch in Zukunft ordnungsgemäß behoben werden können.

Verweise

[1] https://www.hackster.io/news/brain-implants-and-artificial-intelligence-turn-thoughts-into-intelligible-speech-researchers-prove-96af60962d62

[2] http://news.eeworld.com.cn/medical_electronics/ic650064.html

[3] Julia Berezutskaya et al. 2023 J. Neural Eng. 20 056010

Planung und Produktion

Quelle: Öffentliches WeChat-Konto der „Voice of Science and Technology Association“

Autor: Zeng Xinyue, ein populärwissenschaftlicher Autor

Herausgeber: Jin Yufen