Flippern mit der Kraft der Gedanken -Durchbruch mit dem Berliner Brain Computer Interface

Der Forschungsgruppe um Prof. Dr. Klaus-Robert Müller vom Fachgebiet Maschinelles Lernen der Technischen Universität Berlin ist es gelungen, mit einem Experiment an der Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine einen Durchbruch zu verzeichnen. Ein Proband steuert über das Berliner Brain Computer Interface (BBCI) einen Flipper-Automaten in Echtzeit.

Damit gelingt ein Experiment an der Schnittstelle zwischen Hirn und Maschine, das den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern um Prof. Dr. Klaus-Robert Müller weitere Anwendungen eröffnet.

Beim Berliner Brain Computer Interface-Projekt (BBCI) messen die TU-Forscherinnen und TU-Forscher in Kooperation mit Kollegen der Charité Berlin und dem Fraunhofer-Institut FIRST die elektrische Hirnaktivität durch Elektroden, die auf der Kopfhaut angebracht werden. Diese nicht-invasiv gewonnenen Signale des Elektroenzephalogramms (EEG) spiegeln nicht nur ausgeführtes Verhalten, sondern auch lediglich gedachte Verhaltensweisen wider, etwa eine nur vorgestellte Hand- oder Fußbewegung.

Durch fortgeschrittene Methoden des Maschinellen Lernens können diese EEG-Signale in technische Steuersignale für Computer oder andere Maschinen umgewandelt werden. Dadurch eröffnet sich zum Beispiel schwer gelähmten Patienten die Möglichkeit, Texte zu schreiben oder auf andere Weise die Umwelt zu beeinflussen. Dabei kommt es je nach Anwendung auf eine möglichst korrekte Erkennung der Nutzerabsicht oder aber auf zeitlich sehr präzise Erkennung an.

Besonderheit des Experiments: Extrem schnelle Erkennung und Reaktion

Das Besondere am demonstrierten Experiment mit dem Flipper-Automaten ist die Geschwindigkeit, mit der das BBCI-System auf die Gedanken des Benutzers reagiert. Durch die extrem schnelle Erkennung mit weit unter einer Sekunde Verzögerung kann der Benutzer des BBCI-Systems in Echt-zeit auf den geänderten Lauf der schnellen Kugel des Flipperspiels reagieren. Dabei bedient er die Schläger des Flipperautomaten allein durch vorgestellte, aber nicht ausgeführte Bewegungen.

"Bereits seit einigen Jahren forschen Wissenschaftlerteams in Europa und den USA an Brain-Computer Interface-Systemen (BCI), die einen direkten Dialog zwischen Mensch und Maschine ermöglichen sollen. Mit unserem Berliner Brain Computer Interface-Projekt und der extrem schnellen Reaktionserkennung bei unserem aktuellen Experiment können wir einen weiteren Durchbruch vermelden. Grundlage für den aktuellen Erfolg sind moderne Verfahren des maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung sowie die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit mit unseren Projektpartnern", berichtet Prof. Dr. Klaus-Robert Müller von der TU Berlin.

"Die vorgestellte Spieleanwendung demonstriert die Fähigkeit unseres BBCI-Systems, extrem zeitkritische Anwendungen zu steuern und stellt gleichzeitig eine motivierende Beispielanwendung für das Training von BCI-Nutzern dar. Zusätzlich lassen sich aus den gemessenen EEG-Signalen Informationen über den mentalen Zustand des Benutzers gewinnen, um etwa zu hohe mentale Arbeitslast, Ermüdung oder nachlassende Konzentrationsfähigkeit zu detektieren", erläutert Projektleiter Dr. Michael Tangermann von der TU Berlin. Dadurch biete sich das BBCI-System auch bei der Optimierung allgemeiner Benutzerschnittstellen und für die Untersuchung neurowissenschaftlicher Fragestellungen an.

Gefördert wird das Projekt durch das Bundesforschungsministerium, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und innerhalb des 7. Europäischen Forschungsrahmenprogramms.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Klaus-Robert Müller kann auf mehr als 100 Publikationen zum BCI-Projekt verweisen und lädt für Juli 2009 zu einem hochkarätig besetzten Workshop zu den Themen Neurotechnologie und Brain Computer Interface-Systeme nach Berlin ein. Erwartet werden mehr als 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt.

Flipper-Experiment: Erste öffentliche Vorführung zur Langen Nacht der Wissenschaften am 13. Juni in Berlin
Das Flipper-Experiment wird während der Langen Nacht der Wissenschaf-ten am 13. Juni an der Technischen Universität Berlin auf dem Charlottenburger Campus erstmals einer breiten Öffentlichkeit vorgeführt. Zudem können die Besucherinnen und Besucher an anderen Experimenten mit dem BCI-System selbst teilnehmen. So können sie mit der neu entwickelten EEG-Haube auch selbst nachvollziehen, wie ihre Hirnströme gemessen werden und ein Computer dadurch bedient werden kann.

Zeit: 13. Juni 2009, 17.00 - 1.00 Uhr
Ort: TU Berlin, Haus des Lernens, Franklinstraße 28/29, 10623 Berlin, Raum FR 7024

Quelle: Informationsdienst Wissenschaft e.V.