4. Brain-Machine-Interfaces

Technisierung des Menschen?

Was versteht man unter BMI / BCI?
Brain Machine Interfaces oder Brain Computer Interfaces bezeichnen
ganz allgemein Geräte und Verfahren, die eine Verbindung zwischen dem
Gehirn und einer Maschine herstellen können. Daher werden sie auch
häufig als Gehirn-Computer-Schnittstellen bezeichnet.
Genau wie wir über die Augen und Ohren, den Sprechapparat und unsere
Mimik Kontakt zur Außenwelt aufnehmen, kann dies auch durch
Hirnstromübersetzung erfolgen.
Dies bietet vor allem für motorisch eingeschränkte Menschen eine große
Chance mit ihrer Umwelt kommunikativ und selbstbestimmt in Kontakt zu
treten.
Bei der Verwirklichung kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, die
allerdings immer auf einer Input-Komponente, Decodierungskomponente
sowie Output-Komponente basieren.
Ganz allgemein kommt es zu einer Verbindung zwischen Mensch und
Maschine, was natürlich zahlreiche ethische Fragen aufwirft.
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Funktionsprinzip
Input-Komponente: Verschiedenste invasive sowie vasive Verfahren
ermöglichen das Erfassen von Hirnströmungen an einem bestimmten Ort
zu einer bestimmten Zeit.
Decodierungskomponente: Gemessene neuronale Potentiale werden
über spezielle Algorithmen oder Mustererkennung interpretiert, die eine
Prognose über die zu erfolgende Bewegung abgeben.
Output-Komponente: Ergebnisse der Decodierungskomponente werden
nun über unterschiedliche technische Geräte umgesetzt.
Die Patienten müssen hierbei lernen, diejenigen neuronalen Signale zu
erzeugen, die auch das gewünschte Ergebnis hervorrufen. Die
Anpassungsfähigkeit des Gehirns erleichtert den Lernprozess hierbei
ungemein und ermöglicht dem Patienten Hirnströme willentlich zu
kontrollieren.
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„Elektrische“ Aktivitätsmessung
Elektroenzephalographie (EEG) wird verwendet um Spannungsschwankungen
an der Kopfoberfläche aufzuzeichnen, die entsprechend
ausgewertet werden. Die gemessenen Hirnströme können ab- und in
einen Computer weitergeleitet werden. Hierbei kommt eine Art
„Badekappe“, die dem Patienten aufgesetzt wird, zum Einsatz. Diesem
Prinzip folgt auch ein neu entwickelter Helm, der eine leichtere
Handhabung ermöglichen soll.
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Ein weiteres Verfahren, das die Hirnströme noch genauer und gezielter
messen kann, jedoch invasiv ist, bietet die Implantation von Elektroden.
Dies geschieht entweder auf der Kortexoberfläche (epicortikal) oder
intracortikal in gewissen Hirnarealen. Um den gewünschten Ort für die
Implantation möglichst genau bestimmen zu können, bedient man sich
Computertomographien oder auch der Stereotaxie, einem Verfahren, bei
dem der Kopf des Patienten mittels eines fest sitzenden Rahmens ruhig
gehalten und somit bestmöglich fixiert wird.
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Hämodynamische Aktivitätsmessung
Neben der Messung elektrischer Aktivität im Gehirn gibt es auch Verfahren, die
über Veränderungen des Blutflusses arbeiten.
So zum Beispiel die Nahinfrarotspektroskopie, die anhand der Lichtdurch-
lässigkeit dieSauerstoffkonzentration, sowie besonders aktive (stark
durchblutete) Hirnareale anzeigt.
Ähnlich aufschlussreich ist die Magnetresonanztomographie, die auf den sich
verändernden magnetischen Eigenschaften des Hämoglobins basiert.
Problematisch ist allerdings, dass diese Verfahren nur indirekt Aussage über die
Vorgänge auf neuronaler Ebene geben.
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Nicht implantierte BCIs
Kopf:
Tonguepoint: Eingabegerät, dass auf die Zunge gelegt wird
zur Cursorsteuerung eines PCs.
Headmouse: Kameras beobachten und analysieren die Kopfbewegung,
durch die dann ein Cursor gesteuert wird.
EOG-Interface: Steuerung eines Cursors allein durch die Blickrichtung,
Elektroden messen eine Spannung, die je nach Blickrichtung entsteht, und
verwerten sie. Die Elektroden sollen zukünftig wie eine Brille aufgesetzt
werden können
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Implantierte BCIs
Ohr:
Cochlea-Implantat: wird bei gehörlosen Patienten eingesetzt, deren
Nervenleitungen noch intakt sind. Der Schall wird durch ein Mikrophon
aufgefangen, verarbeitet und an den Hörnerv weitergeleitet.
Auditorisches Hirnstamm Implantat: funktioniert wie Cochlea-Implantat,
nur, dass hier der aufgefangene Schall direkt an den Hirnstamm geleitet
wird, da bei diesen Patienten der Hörnerv ebenfalls beschädigt ist.
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Auge:
Retina - Implantat: Blindheit durch geschädigte Retina.
2 Möglichkeiten: entweder lichtempfindlichen Chip auf die Retina implantieren
oder darunter. Der Chip gibt das Signal dann an die Ganglienzellen weiter und
diese an das Gehirn.
Problem: Die Augenflüssigkeit zerstört das Implantat nach kurzer Zeit
Gesundes Auge Retina-Implantat
Visual - Cortex - Implantat: wenn der Sehnerv zerstört ist, hilft kein Retina -
Implantat und es muss der Visuelle Cortex direkt stimuliert werden.
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Gehirn: zur Steuerung von Mauscursorn, damit schwerwiegend
Gelähmte Kontakt zur Außenwelt aufnehmen können
P300-Interface: Tastaturreihen werden auf einem Monitor abwechselnd
beleuchtet. Wenn der Buchstabe aufleuchtet, geht ein Signal vom Gehirn
an den PC und dieser schreibt den Buchstaben.
ERS- Interface (Event Related Synchronisation): Cursor wird nur durch die
Vorstellung der Handbewegung gesteuert
Mu Rhythm Interface: Der Cursor wird allein durch den Willen ohne äußere
Reize, wie eine leuchtende Tastatur, gesteuert. Für vollständig gelähmte
Patienten, die noch bei vollem Bewusstsein sind (Locked-In-Syndrom).
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Der erste Brief eines Patienten mit einem BCI – Verfahren.
Das Schreiben dieses Briefes dauerte 16 Stunden.
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Ethische Fragen
Input-Komponente: Die Öffnung des Schädels und die Implantation einer
Elektrode sollte eine sorgfältige Nutzen-Risiko-Analyse nach sich ziehen,
denn jede Operation ist mit Gefahren verbunden, die vor allem im Gehirn
große Auswirkungen nach sich ziehen. Auch gibt es im Bereich der Brain
Machine Interfaces keine aussagekräftige Langzeitstudie, die dem
Patienten eine beschwerdefreie Zukunft zusagen kann. Daneben sollte
auch bedacht werden, dass es sich bei dem Gehirn als zentraler Aspekt
unseres Selbstverständnisses um den Ort unserer Bewusstseinsfähigkeit,
Persönlichkeit und Identität handelt. Eine Operation bedeutet eine
Veränderung der aktuellen Gegebenheit, der materiellen Grundlage des
Gehirns und könnte somit auch eine Veränderung der Person herbeiführen.
Daher stellt sich die Frage:
Ist ein Mensch nach einem so großen Eingriff noch der gleiche?
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Diese Bedenken kommen nicht von ungefähr, denn schon heute wird die
Tiefenhirnstimulation dazu verwendet Depressionen, Angstzustände oder
besondere Aggressivität zu unterbinden. Warum sollten sich Eingriffe am
Gehirn dann nicht auch auf andere Facetten der Persönlichkeit, die den
Patienten definieren und nicht einschränken, auswirken?
Decodierungskomponente: Wie weiter vorne schon angesprochen muss
der Patient lernen seine Hirnströme zu kontrollieren, wodurch es zu einer
Veränderung der neuronalen Aktivität im Gehirn kommt.
Diese Veränderungen könnten eventuell auch unbewusst Einfluss auf
ganz andere Funktionen des Patientenhirns nehmen.
Man kann hier allerdings nur spekulieren, ob es gar zu einer Veränderung
der Verhaltensweise des Patienten kommt, wenn auf einmal Hirnareale
beansprucht werden, die vorher nie in diesem Ausmaß hatten arbeiten
müssen. Auch könnte es geschehen, dass sich auf der einen Seite
Fähigkeiten entwickeln, die dem Patienten früher nicht eigen waren (z.B.
besondere Musikalität), dass sich aber auf der anderen Seite
Begabungen zurückentwickeln oder gar verloren gehen. Daher darf dieser
Aspekt der BMI nicht leichtfertig unberücksichtigt bleiben, sondern sollte
vom Patienten sowie von allen Involvierten unbedingt bedacht werden.
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Output-Komponente: Eine „kabellose“ Übertragung von Mensch auf
Maschine bietet ein gewisses Missbrauchspotential durch
Fremdeinwirkung. Um den Einfluss von Dritten zu unterbinden, wird häufig
eingeräumt spezielle Frequenzbereiche zu bestimmen, die den
Funkverbindungen in medizinischen Anwendungen vorbehalten sind.
Doch wann kann man noch von medizinischer Anwendungen sprechen?
Bedeutet eine zunehmende Technisierung des Menschen nicht vielmehr
eine unmenschliche Optimierung des Einzelnen fern von gesundheitlichen
Aspekten?
Können durch Brain Machine Interfaces Leistungen und Fähigkeiten
erworben oder gesteigert werden, die über das „Normalmaß“
hinausgehen?
Wir leben in einer Leistungsgesellschaft, die zunehmend immer mehr von
jedem einfordert und abverlangt. Dies zeigt sich zum Beispiel im sog. Burn-
Out-Syndrom, das längst kein Einzelphänomen mehr darstellt. BMI
könnten diesen Trend zunehmend verstärken unter Ausmerzung jeglicher
„Schwächen“.
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Und wie weit soll das Spektrum der Output-Komponenten überhaupt
reichen? Im militärischen Bereich eröffnen sich ungeahnte Möglichkeiten,
so zum Beispiel Kampfjets, die durch Hirnströme gelenkt verheerende
Auswirkungen haben können.
Der Einsatz von Technik birgt zudem immer die Möglichkeit zur
Fehlfunktion. Kommt es bei der Bewegungsprognose zu einer
Fehlinterpretation entsteht die Problematik der Verantwortlichkeit für
daraus resultierende Handlungen. Wird nun der Patient, der Hersteller oder
gar der Programmierer für die Folgen zu Rechenschaft gezogen? Hier
müsste es zu einer noch spezifischeren Entschlüsselung kognitiver
Kontroll- und Vetoinstanzen im Gehirn kommen, die solche
Fehlinterpretationen unterbinden könnten. Auch würde sich eine spezielle
Versicherungspflicht für solche Patienten anbieten um auch rechtlich
abgesichert zu sein.
Abschließend kann nun also festgehalten werden, dass das Feld der Brain
Machine Interfaces einen großen Nutzen im Bereich der Medizin erbringt
und dazu beiträgt die Lebensqualität der Betroffenen zu erhöhen, sowie
stückweit Normalität einkehren zu lassen.
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Dennoch sollte allen Beteiligten immer klar sein, welche Risiken mit einem
solchen Verfahren einhergehen können. Hierbei ist nicht nur die
gesundheitliche Situation des Patienten unter einer Nutzen-Risiko-Abwägung
gemeint, sondern auch ein möglicher Missbrauch auf diesem Gebiet, der
jeglichen medizinischen Anspruch vernachlässigt und dazu führt einen
perfekten, heißt leistungsstarken Menschen zu formen.
Fortschritt, Technisierung und Optimierung sind gut, solange sie ihr
eigentliches Ziel, dem Menschen zu helfen, nicht aus den Augen verlieren
und ihr rechtes Maß beibehalten.
Die Wichtigkeit, die das Gehirn bei dem für uns „typischen“ Verhalten und den
Charakter, der uns für andere erkennbar macht und für den wir von anderen
geschätzt werden, einnimmt, zeigt sich auch bei Erkrankung des Gehirns,
beispielsweise an Krebs. Viele Ärzte machen die Erfahrung, dass ein Tumor
im Gehirn sich auch auf die Persönlichkeit des Patienten auswirkt, da gewisse
Hirnareale einfach anders beansprucht werden als früher.
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Sekundärliteratur:
International Review of Information Ethics:
Jens Clausen – „Ethische Aspekte von Gehirn-Computer-Schnittstellen
in motorischen Neuroprothesen“
Andre Plümer – Doktorarbeit „Vergleich verschiedener
strahlentherapeutischer Regimes bei der Behandlung von 1-2
Hirnmetastasen“
Christian Fichter – Nebenfacharbeit „Brain-Computer-Interfaces“
G.Müller Putz – „Motorik und Mobilität durch Brain-Computer-
Interfaces?“
Projektgruppe: Daniela Beierlein und Laura Bleicher 16