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Neue Technik soll ALS-Patienten zur Kommunikation verhelfen Wenn der Rechner die Sprache steuert

Autor: Julia Mutzbauer

Bei Patienten mit fortgeschrittener Amyotropher Lateralsklerose (ALS) – eine Erkrankung des zentralen und peripheren Nervensystems – ist oft jede Möglichkeit zur bewussten Steuerung von Muskulatur und Motorik verlorengegangen. Damit büßen diese Patienten, letztlich auch die Fähigkeit zu sprechen ein und können mit ihrer Umwelt nicht mehr kommunizieren. Um ihnen ein Stück Lebensqualität zurückzugeben, arbeiten Forscher an sogenannten Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer-Interfaces BCI), über die ein sprachlicher Austausch wieder möglich werden soll.

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Mithilfe von Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer-Interfaces BCI) soll ein sprachlicher Austausch für ALS-Patienten ermöglicht werden
Mithilfe von Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer-Interfaces BCI) soll ein sprachlicher Austausch für ALS-Patienten ermöglicht werden
(© ipopba – stock.adobe.com)

Der wohl bekannteste ALS-Patient der Welt war der britische Physiker Stephen Hawking, der 2018 im Alter von 76 Jahren gestorben ist. Bereits 1985 verlor Hawking die Fähigkeit zu sprechen und kommunizierte seitdem über einen Sprachcomputer. Während Hawking seine „Stimme“ bis zuletzt über Muskelbewegungen steuerte – erst über den Daumen, später über einen Wangenmuskel – verfolgen Forscher heute weitergehende Ansätze, die von peripheren Muskelbewegungen ganz unabhängig sind.

„Bereits heute können Prothesen oder Sprachsysteme rein über Hirnströme gesteuert werden“, erklärt Dr. Ulf Ziemann, Ärztlicher Direktor der Abteilung Neurologie und Co-Direktor am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung der Universität Tübingen. Möglich ist das entweder über Elektroenzephalografie (EEG) direkt auf der Kopfhaut, oder es werden in einem invasiven Eingriff Elektroden auf die Gehirnoberfläche aufgebracht, um die dortige Aktivität zu messen.

Die auf einer solchen BCI-Schnittstelle basierenden Systeme seien bislang allerdings noch recht grob und würden nur eine begrenzte Anzahl an Bewegungen ermöglichen. Für Gelähmte könnten sie dennoch heute schon eine große Hilfe sein. Indem sie deren motorische Gehirnsignale direkt an die Muskeln weiterleiten, ermöglichen sie zumindest einfache Bewegungen wie das Füllen und Zum-Mund-Führen eines Glases. Doch im Bereich der Sprache müssen Patienten bislang per Hirnstrom Buchstaben oder Wörter auswählen, die ihnen auf einem Bildschirm präsentiert werden – „ein anstrengendes und zeitraubendes Verfahren, bei dem nicht mehr als zehn Wörter pro Minute generiert werden können“, so Ziemann.

Zum Vergleich: Die normale Sprechgeschwindigkeit liegt bei rund 150 Wörtern pro Minute. In diese Größenordnung wollen Mediziner nun mithilfe neuer BCI-Techniken vordringen. Ziemann weist hier besonders auf die Arbeit von Dr. Anumanchipalli von der University of California in San Francisco hin. Anumanchipalli und sein Team verfolgen den naheliegenden Ansatz, die BCI-Elektroden direkt auf dem motorischen Sprachzentrum der Großhirnrinde zu platzieren.

„Dort entstehen die Signale, über die die Motorik von Zunge, Lippen und Kehlkopf beim Sprechen aktiviert wird“, erläutert Ziemann. Auf diese Weise werde der synthetische Sprachgenerator intuitiv, quasi wie ein künstlicher Kehlkopf, direkt und ohne Umweg über einen Bildschirm angesteuert. Dass dieses Konzept aufgehen kann, zeigten die kalifornischen Mediziner bei Tests mit Epilepsie-Patienten, denen im Rahmen von Operationsvorbereitungen ohnehin ein dichtes Elektrodennetz direkt über dem motorischen Sprachkortex implantiert worden war.

Indem die Probanden hunderte vorgegebener Sätze sprachen, trainierten sie einen Dekoder, dessen Sprachausgabe später auch für Unbeteiligte relativ gut verständlich war. In weiterführenden Versuchen habe Anumanchipalli gezeigt, dass die Dekodierung der Hirnsignale auch dann möglich war, wenn die Probanden die Sätze nicht aussprachen, sondern sie nur lautlos „mimten“ – ein Szenario, das der Situation von sprachunfähigen Patienten deutlich näherkommt. Auch wenn vor einer breiten Anwendung noch weitere intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig ist, zeigt Ziemann sich optimistisch: „Dies könnte der Weg sein, um Schwerstgelähmten wieder zu einer flüssigen Kommunikation zu verhelfen.“

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 Julia Mutzbauer

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Redaktion, eGovernment Computing