Messung der Gehirnströme: Forscher lassen Gelähmte wieder sprechen

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Messung der GehirnströmeForscher lassen Gelähmte wieder sprechen

Locked-in-Patienten können sich nicht mitteilen. Forschern ist es nun gelungen, aus Hirnströmen Wörter und ganze Sätze zu rekonstruieren.

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Kann man allein aus Hirnströmen auf Gesprochenes schliessen? Deutschen Wissenschaftlern ist das zumindest im Ansatz gelungen: Das Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat Daten der Gehirnströme von sieben Epilepsiepatienten in den USA ausgewertet und aus den Gehirnströmen Laute, Wörter und ganze Sätze rekonstruiert.

Den Patienten lag während des Sprechens ein Elektrodennetz direkt auf der Grosshirnrinde des für ihre Epilepsie-Behandlung ohnehin freigelegten Gehirns. Mit Elektroden, die von aussen auf den Kopf angelegt werden und so die elektrische Aktivität des Gehirns messen, sind solche spezifischen Aufzeichnungen noch nicht möglich. «Zum ersten Mal können wir das Gehirn beim Sprechen beobachten», kommentierte Informatik-Professorin Tanja Schultz.

Sprechvorgang beobachten

Die Forscher können nun praktisch zusehen, wie das Gehirn den Sprechvorgang plant und dann die Muskeln der Artikulationsorgane mittels der Neuronen in der Grosshirnrinde aktiviert, bevor die eigentliche Sprache hörbar wird. Sichtbar gemacht wurden die Aktivitäten mit Hilfe von Farben: «Je höher die Aktivität, desto heisser die Farbe, erklärte Schultz.

Die Patienten waren zuvor gebeten worden, bestimmte Texte zu sprechen – etwa eine Rede des ermordeten US-Präsidenten John F. Kennedy oder auch einfache Kinderreime. Die Forscher wussten also zunächst, welche Laute wann gesprochen wurden und legten mit Hilfe der dabei gemessenen Hirnströme Datenbanken mit Prototypen von etwa 50 verschiedenen Lauten an.

Hilfe für Gelähmte

Auf Basis von Algorithmen gelang es anschliessend, allein anhand der Gehirnströme zu verstehen, was gesagt wurde. Dazu werden Laute im Kontext von Wörtern und ganzen Satzphrasen betrachtet. «Wir bekommen damit schöne Ergebnisse, die in der Qualität zwar noch weit von der akustischen Spracherkennung entfernt, aber schon deutlich besser sind, als wenn man rät», sagte Schultz.

Knackpunkt der vierjährigen Forschung ist bislang die geringe Datenbasis von nur sieben Patienten, von denen jeweils höchstens fünf Minuten Sprache vorliegen. Die Wissenschaftler wollen ihre Analysen daher ausweiten.

Neben einem besseren Verständnis der Sprachprozesse könnte der sogenannte Brain-to-Text «ein Baustein sein, um Locked-in-Patienten künftig eine sprachliche Kommunikation zu ermöglichen». Beim Locked-in-Syndrom sind Menschen zwar bei Bewusstsein, aber gelähmt und damit unfähig, sich der Aussenwelt verständlich zu machen. (fee/sda)

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