Gamen mit Hirn

Das Cybathlon-Team, das auch von der Rehaklinik Zihlschlacht und der Firma Brain Products unterstützt wird, war fast zwei Jahre damit beschäftigt, den Algorithmus für die Signalverarbeitung zu optimieren. Dieser soll die elektrischen Signale in Samuel Kunz’ motorischem Kortex exakt und gezielt in Bewegungen auf dem Bildschirm umwandeln. Dabei geht es um vier Kommandos: Wenn Kunz das Auto nach links steuern will, dann denkt er daran, seine linke Hand zu bewegen. Bei einer Kurve nach rechts denkt er an seine rechte Hand. Zum Geradeausfahren muss er sich bestmöglich entspannen und um bei plötzlicher Dunkelheit im Spiel die Fahrzeuglichter einzuschalten, denkt er daran, beide Hände gleichzeitig zu bewegen. Abhängig von seinen Gedanken wird ein unterschiedliches Muster in der Kortexregion aktiviert. Dieses wird über EEG registriert und durch Algorithmen in ein Steuerungssignal umgewandelt. «Die Trainings sind anstrengend», sagt Kunz. «Wenn ich meinen Körper in Gedanken bewege, ist das ein wenig, als wäre ich in einer zähen Masse wie Honig gefangen.» Das sei jedoch bereits viel besser als zu Beginn, als sich sein Körper angefühlt habe wie einbetoniert. Erst durch Rehabilitation und Training habe er schrittweise wieder ein mentales Gefühl für den eigenen Körper erlangt. 

Während die Kollegen in Singapur am Algorithmus tüfteln, wird in der Schweiz fleissig trainiert. Im Hintergrund läuft dabei konti­nuierlich ein Programm, das die Performance des Algorithmus analysiert. «Die Anzahl Trainingseinheiten mit einem bestimmten Algorithmus ist entscheidend, weil sich dieser dem Piloten anpasst und der Pilot sich wiederum an den Algorithmus gewöhnt», erklärt Lehner. Den idealen Zeitpunkt zu finden, an dem die Weiterentwicklung des Algorithmus gestoppt wird, sei schwierig.  

Interesse von Tech-Firmen

Im Gegensatz zu anderen am Cybathlon präsentierten Technolo­gien ist das BCI noch am weitesten von ersten praktischen Anwendungen entfernt. Eine solche wäre zum Beispiel die gedankliche Steuerung eines Rollstuhls. Doch die Vorbereitung und Nutzung einer Elektrodenkappe ist umständlich und die Signalumwandlung komplex. Einfacher geht dies bislang über Signale, die von noch aktiven Muskeln ausgehen, wie zum Beispiel den Augenlidern. Solche Signale sind deutlich stärker als die «Gedankensignale». 

Von Seiten Industrie ist das Interesse an BCI aber schon heute riesig. Google und Facebook investieren Millionen in diesen Bereich. Nach der Sprachsteuerung soll die gedankliche Steuerung von Smartphones und Tablets das nächste grosse Ding werden. Auch Tesla-Gründer Elon Musk setzt mit dem Unternehmen Neuralink auf das BCI. Dafür entwickeln über 90 Mitarbeitende unter anderem hauchdünne, implantierbare Elektroden. Eine sichere Anwendung am Menschen ist aber noch ausstehend. Lehner steht solchen invasiven BCI denn auch kritisch gegenüber: «Mit Elektroden, die direkt ins Gehirn eingesetzt werden, erhält man natürlich viel deutlichere Signale als über eine Kappe», sagt sie. «Doch solche Eingriffe sind in Bezug auf den Patientennutzen bisher nur in Ausnahmefällen gerechtfertigt.» Komplikationen können schwerwiegend sein und noch fehlen Langzeitstudien mit grossen Kohorten. Lehner hofft deshalb, dass die Entwicklung von nichtinvasiven BCI-Technologien schnell vorangeht, damit invasive nur in Ausnahmefällen zum Zug kommen. 

Mit Nickerchen zum Sieg

Am 13. November ist es soweit: Samuel Kunz wird versuchen, sich gegen neun internationale BCI-Teams durchzusetzen. Über eine Strecke von 500 Metern wird er alle vier Kommandos viermal ausführen müssen, wobei die Reihenfolge unbekannt ist. Die grösste Herausforderung für den Piloten sei, die Gesichtsmuskulatur nicht zu bewegen, erzählt Kunz, denn das führe zu schweren Störsignalen. Sein bislang bestes Resultat erzielte er nach einem erholsamen Mittagsschlaf. «Ob mir ein solches Nickerchen jedoch kurz vor dem Rennen gelingen wird, weiss ich noch nicht.»