Neuralink – Das sind Brain-Computer-Interfaces und so funktionieren sie

von | 24. Februar 2022 | Neuralink, Elon Musk

Neuralink – Das sind Brain-Computer-Interfaces und so funktionieren sie

Neuralink ist eines der weniger bekannten Projekte von Elon Musk. Ziel des Unternehmens ist es, Geräte zur Gedankensteuerung von Prothesen, Smartphones und vielem mehr zu entwickeln.

So soll in einem ersten Schritt vor allem gelähmten und anderweitig kranken Menschen geholfen werden, später soll jedermann sein Leben mit Gedankensteuerung erleichtern können. Damit das geht, arbeitet Neuralink an einem sogenannten Brain-Computer-Interface (BCI). Doch was ist das überhaupt?

Die Hirn-Computer-Schnittstelle 

Wie der Name bereits sagt, handelt es sich bei BCIs um eine Schnittstelle zwischen menschlichem Hirn und Computer. Per Definition sind sie Geräte, die Hirn-Signale aufzeichnen, auswerten und als Kommandos an externe Geräte weiterleiten, welche dann auf Basis dieser Kommandos bestimmte Aktionen ausführen. Der Knackpunkt ist dabei die Gewinnung der Signale im Hirn, die verständlicherweise medizinisch und technisch hochkomplex ist. Hierzu gibt es verschiedene invasive und non-invasive Ansätze, – doch mehr dazu später. 

Ziele von BCIs und Neuralink 

Denn wozu braucht man überhaupt Geräte, die Hirnsignale auswerten? Ist unser Hirn nicht ein Organ, mit dem man besser nicht herumspielt? Eine berechtigte Frage. Doch BCIs verfolgen einen guten Zweck: Viele Forschungsarbeiten zielen darauf ab, Menschen mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems (z. B. Lähmungen) zu helfen. Wenn ein Hirnsignal nicht mehr alle Körperteile erreichen kann, scheint es eigentlich nur sinnvoll, eine Art technische Brücke zu bauen, die das Signal registriert und an Prothesen oder Ähnliches weiterleitet.

Außerdem wird auch daran gearbeitet, Signale ins Hirn einzuschleusen. So könnten etwa Blinde mittels Kameras wieder sehen oder Taube durch Mikrofone wieder hören. Und im Endstadium der BCI-Technik könnte jedermann seine geistigen Fähigkeiten durch Computer-Unterstützung steigern und so im Fall der Fälle besser mit künstlicher Intelligenz konkurrieren (was zum jetzigen Zeitpunkt noch Science-Fiction ist).

Geschichte von Hirn-Computer-Interfaces

Die ersten Versuche an einer gedankenbasierten Gerätesteuerung stammen aus den späten 1960er-Jahren. Damals gelang es, mithilfe von Signalen aus einem einzelnen Neuron eines Affen-Hirns eine Instrumentennadel ausschlagen zu lassen. Was heute bereits nicht mehr sonderlich aufregend klingt, war damals ein großer Fortschritt.

Anfang der 70er-Jahre folgten die ersten Versuche am Menschen, gegen 1980 konnte bereits die eindimensionale Bewegung eines Computer-Bilds gesteuert werden. Es folgten Versuche mit dem Buchstabieren von Worten auf einem Bildschirm und schließlich wurde 2006 erstmals ein BCI in den für Bewegungen zuständigen Komplex des Hirns eingesetzt, was den Träger befähigte, per Gedanken eine künstliche Hand zu bewegen, E-Mails zu öffnen oder einen Fernseher zu bedienen.

Wie BCIs aufgebaut sind

2011 gelang erneut das Experiment mit dem Buchstabieren von Worten. Der Unterschied: Dieses Mal wurden die Daten direkt auf der Oberfläche des Hirns gesammelt. Zuvor wurden die Elektroden nämlich meist als eine Art Helm oder Mütze auf den Kopf gesetzt (EEG). Der Vorteil dieser Methode ist offensichtlich, dass man nicht in den Körper eingreift – dafür sind allerdings auch die gewonnenen Signale durch den Schädel recht gedämpft.

Für genauere Daten muss man also durch den Schädelknochen hindurch und die Sensoren entweder auf der Hirnoberfläche (ECog) oder sogar in einzelne Hirnteile hinein (Intracortial) platzieren. Dazu sind filigrane Elektroden nötig, – je mehr, desto größer der Informationsgehalt.

Von den feinen Elektroden aus gelangt das Signal in einen Computerchip, der daraus für einen Rechner verwertbare Ketten von Einsen und Nullen macht. Neben einem passenden Übersetzungsalgorithmus braucht es dafür vor allem einen Signalverstärker. Elektrische Hirnsignale sind vergleichsweise schwach, sie bewegen sich spannungstechnisch im Mikrovolt-Bereich.

Hat man allerdings die Hürde der Signalgewinnung gemeistert, ist der Rest im Vergleich fast trivial. Die fertige Bitfolge muss vom Chip aus nur noch an das Endgerät übertragen und dort durch eine geeignete Programmierung verarbeitet werden, was bereits ein vielfach angewandter Prozess ist.

Wie funktioniert das Neuralink-BCI?

Auch bei Neuralink arbeitet man nach diesem Prinzip, hat es aber wohl verbessern können. Sämtliche Kommunikation zwischen dem Chip im Kopf und den damit verbundenen Geräten findet per Bluetooth statt, Kabel gehören der Vergangenheit an. Auch rühmt man sich damit, den Übersetzter-Chip (der sogenannte „Link”) mit so vielen Elektroden (1024 Stück) und so klein wie noch nie (maximal 2 Zentimeter im Durchmesser) zu bauen, wenngleich bis dato noch kein einsatzfähiges Gerät besteht.

Da die BCIs von Neuralink für den dauerhaften Einsatz gedacht sind, kommen laut Unternehmen einige besondere Herausforderungen auf die Wissenschaftler zu. So müssen etwa alle Komponenten korrosionsgeschützt sein, der Link muss so stabil wie der Schädel und die Elektroden extrem flexibel sein. Das bedeutet eine große Bandbreite an Materialien, die alle auch möglichst verträglich sein sollten – eine Abstoß-Reaktion des Körpers wäre im Hirn fatal.

Der nötige Strom für den Link stammt aus einer kleinen Batterie, die von einem ebenfalls wasserdicht verpackten induktiven Ladegerät aufgeladen wird. All das möglichst klein und zuverlässig zu bauen, ist die Hauptaufgabe von Neuralink, denn je kleiner das Gerät, desto kleiner das Loch im Schädel, wo es eingesetzt wird.

Apropos einsetzen: Neuralink arbeitet neben dem eigentlichen BCI auch an einem OP-Roboter, der das Gerät im Endeffekt in den Menschen einsetzen soll. Denn die 1024 Elektroden sind so fein, dass sie nicht von Hand gesetzt werden können und gleichzeitig so flexibel, dass sie nicht von selbst ins Gehirn eindringen. Nach abgeschlossener Operation soll der Patient in der Lage sein, sein Smartphone und viele andere technischen Geräte per Gedanken zu steuern – so zumindest die Wunschvorstellung von Neuralink.

Fazit

BCIs könnten der nächste große Schritt in der Medizintechnik sein. Im Kern besteht ihre Aufgabe darin, elektronische Signale im menschlichen Hirn zu erfassen, in eine für Computer lesbare Form zu bringen und anschließend an externe Geräte weiterzuleiten.

Versuche in dieser Richtung gibt es schon seit vielen Jahrzehnten, Neuralink will die Technik mit mehr Sensoren und kabelloser Kommunikation nun auf ein neues Level heben. Inwieweit das gelingt, könnten wir schon bald erfahren: Die klinischen Versuche am Menschen laufen gerade an.

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