Die University of California forscht an der Umrechnungsmethode zerebral Impulse pro Text. Ein spezielles Implantat materialisiert Wörter auf dem Bildschirm, basierend auf der Gehirnaktivität einer Person, die nach einem Schlaganfall mehr als 15 Jahre nicht gesprochen hat.
Der Mann blieb nach dem Schlaganfall nahezu gelähmt. Davor nutzte er viele andere Kommunikationswege, wie zum Beispiel einen an seiner Baseballkappe befestigten Zeiger, mit dem er Buchstaben auf einem Touchscreen eintippte. Effektiv, aber langsam. Deshalb meldete sich der Mann freiwillig, um an klinischen Studien einer Forschungsgruppe der University of California teilzunehmen. Bisher wurde das Brain-to-Text-System nur während Forschungssitzungen verwendet, aber der Mann hofft, dass es mit der Entwicklung der Technologie im Alltag eingesetzt werden kann.
In einer Pilotstudie wurde ein dünnes, flexibles Elektrodengitter über die Gehirnoberfläche eines Freiwilligen gespannt, das neuronale Signale aufzeichnete und an einen Sprachdecoder weiterleitete. Er übersetzte die Signale in die Worte, die die Person sagen wollte. Dies ist das erste Mal, dass eine gelähmte Person, die nicht sprechen konnte, Neurotechnologie verwendete, um ganze Wörter zu übersetzen, nicht nur Buchstaben.
In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Neuroprothetik einen langen Weg zurückgelegt. Am weitesten fortgeschritten sind Hörimplantate, die mit dem Innenohr oder direkt mit dem auditorischen Hirnstamm verbunden sind. Beträchtliche Forschungen werden an Netzhautimplantaten und Gehirnimplantaten für das Sehvermögen durchgeführt, und es werden Anstrengungen unternommen, Menschen mit Armprothesen auszustatten Tastsinn. Diese sensorischen Prothesen empfangen Informationen von der Außenwelt und wandeln sie in elektrische Signale um, die an die Verarbeitungszentren des Gehirns gesendet werden.
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Die entgegengesetzte Art der Neuroprothetik zeichnet die Gehirnaktivität auf und wandelt sie in Signale um, die etwas in der Außenwelt steuern, z. B. einen Roboterarm, einen Videospiel-Controller oder einen Cursor auf einem Computerbildschirm. Dazu wird das Implantat in der Regel im motorischen Kortex platziert, dem Teil des Gehirns, der die Bewegung steuert. Dann stellt sich der Benutzer bestimmte physische Aktionen vor, um den Cursor zu steuern, der sich auf der virtuellen Tastatur bewegt.
Das Forscherteam, das das neuartige Implantat entwickelt, konzentriert sich auf die Teile des motorischen Kortex des Gehirns, die motorische Befehle an die Muskeln von Gesicht, Hals, Mund und Zunge senden. Wissenschaftler verwenden Elektrokortikographie (EKG), wenn die Elektroden nicht in das Gehirn eindringen, sondern auf seiner Oberfläche liegen. Dieses System half dabei, neuronale Muster mit Bewegungen des Stimmtrakts abzugleichen.
Wissenschaftler nutzen auch Errungenschaften künstliche Intelligenz. Die gesammelten Daten zu neuronaler Aktivität und Sprachkinematik werden in ein neuronales Netzwerk eingespeist, und dann findet ein maschineller Lernalgorithmus Muster in den Assoziationen zwischen diesen beiden Datensätzen. Das heißt, die Verbindung zwischen neuronaler Aktivität und der produzierten Sprache wird hergestellt, und dieses Modell wird verwendet, um Computersprache oder Text zu erstellen. Aber um mit gelähmten Menschen zu arbeiten, musste die Methodik verbessert werden, und die Wissenschaftler verwendeten maschinelles Lernen und teilten die Aufgabe in zwei Phasen auf. Zuerst übersetzt der Decoder Signale vom Gehirn in entsprechende Bewegungen der Muskeln des Vokaltrakts und wandelt diese Bewegungen dann in synthetisierte Sprache oder Text um.
Die Studie wird ab 2021 durchgeführt, und zwei gelähmte Freiwillige nehmen daran teil, und Wissenschaftler beobachten die Struktur ihrer Gehirne. Zuvor wurden sie einem Implantationsverfahren unterzogen: Zuerst entfernte der Chirurg einen kleinen Teil des Schädels, dann platzierte er vorsichtig ein flexibles EKG-Array auf der Oberfläche der Großhirnrinde. Als nächstes wird ein kleiner Port am Schädelknochen befestigt und tritt durch eine separate Öffnung in der Kopfhaut aus. Derzeit ist dieser Port erforderlich, da er mit externen Kabeln verbunden ist, um Daten von den Elektroden zu übertragen, aber die Forscher hoffen, das System in Zukunft drahtlos zu machen.
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