Was ist ein Gehirn-Computerschnittstelle oder Brain-Computer Interface (BCI)?
Für wen ist ein BCI geeignet?
Kann man mit BCI Ihre Gedanken lesen?
Kann man schon einen BCI kaufen?
Welche Techniken gibt es im Bereich BCI?
Was kann heute schon gemacht werden mit BCI?
Weshalb ist Forschung weiter nötig?

Was ist ein Gehirn-Computerschnittstelle oder Brain-Computer Interface (BCI)?
Ein Gehirn-Computerschnittstelle, auf englisch ein Brain-Computer Interface (BCI), ist eine Technik damit man mit Hirnsignalen einen Computer oder anderes Gerät steuern kann. Die Hirnsignale konnen mit unterschiedlichen Techniken gegessen werden, wie funktionelle MRT, EEG (Elektroenzephalographie; Elektroden auf dem Kopfhaut), ECoG (Elektrokortikographie; Elektroden unter dem Schädel) oder mit MEG (Magnetoenzephalographie; Magnetische Sensoren um den Kopf).
Nach oben

Für wen ist ein BCI geeignet?
BCIs sind im Moment vor allem geeignet für Menschen mit Lähmungen, egal ob diesen seit Erkrankung, Unfall oder Geburt anwesend sind. Durch das Lesen von Hirnsignalen kann ein BCI-Benutzer typen oder einen Computermaus bedienen. Damit kann man schon ein Zahl von Geräte steuern, in den nähen Zukunft auch einen Roboterarm. Auch wird geforscht ob ein BCI hilft bei Rehabilitation. Eine dritte Anwendung von BCIs ist für gesunden Menschen, die einen zusätzlichen Funktion haben wollen. Zum Beispiel beim Gamen, aber auch in Militärbereich.
Nach oben

Kann man mit BCI Ihre Gedanken lesen?
Nein, es ist nicht möglich mit einem BCI Gedanken zu lesen. Ein BCI ist auch nicht für diesen Zweck entwickelt. BCI-Benutzer sind, wenn sie eine Aufgabe erfüllen, sehr beschäftigt damit. Das erzeugt eine Erhöhung von Hirnaktivität in die Hirnarealen verantwortlich für diese Aufgabe. Diese Erhöhung wird gemessen und übersetzt in einem Befehl in einem Computer. Nicht was man denkt, sondern das man denkt wird gemessen.
Nach oben

Kann man schon einen BCI kaufen?
Es gibt im Moment nur einem richtigen BCI für Behinderte im Laden. Dieser funktioniert mit EEG (www.intendix.com).
Es gibt aber immer mehr Geräte, meistens mit EEG, die man an einem Computer verbinden kann. Diese BCIs sind vor allem entwickelt für Computerspiele und nicht geeignet als Kommunikationshilfe.
Implantierbare BCIs sind noch in Entwicklung. Manche Prototypen sind schon benutzt, aber einen implantierter BCI, die auch zu Hause benutzt werden kann, gibt es erst in unserem Utrechter NeuroProthese Projekt.
Nach oben

Welche Techniken gibt es im Bereich BCI?

Op dit moment zijn er verschillende technieken die gebruikt kunnen worden om hersensignalen op te vangen. Elk van deze methoden heeft zijn eigen voor- en nadelen.
Bij EEG worden elektroden op de hoofdhuid geplakt, of met behulp van een muts op het hoofd geplaatst. De elektroden vangen de hersensignalen op die door de schedel komen. Het signaal is vrij zwak en ruizig. Bovendien moet om de paar uur de EEG-muts opnieuw geplaatst worden, wat een precies werkje is.

Een andere techniek is het implanteren van naaldelektroden in de hersenen. Deze meten heel specifiek het signaal van bepaalde cellen in de hersenen. Met deze techniek kan de rijke informatie gebruikt worden voor het besturen van een robotarm. De techniek is bij een handvol mensen in laboratoria in de VS toegepast, maar is nog niet rijp voor thuisgebruik bij meer mensen. Het is met name onduidelijk of deze techniek voor langere termijn bruikbaar is en het is nog de vraag of het systeem ooit betaalbaar genoeg wordt voor gebruikers.

Elektroden kunnen ook op het oppervlak van het brein geplaatst worden, dus vlak ónder de schedel, maar niet in de hersenen. Deze techniek heet elektro-corticografie (ECoG). Doordat signalen niet meer door de dikke schedel hoeven door te dringen, zijn ze vele malen sterker dan wat met elektroden op de hoofdhuid (EEG) wordt gemeten. Ook de locatie waar de signalen vandaan komen is veel preciezer te bepalen dan bij EEG. Een voordeel ten opzichte van de naaldelektroden is dat er geen elektroden ín de hersenen worden geplaatst, wat de kans op afweerreacties kleiner maakt. Er wordt verwacht dat ECoG-elektroden vele jaren een betrouwbaar signaal geven. In de Utrecht NeuroProthese maken we gebruik van ECoG-elektroden op het brein.

Andere technieken voor het meten van de hersenactiviteit zijn alleen beschikbaar in laboratoria. Bijvoorbeeld functionele MRI. Hierbij moeten mensen een taakje (‘oefening’) doen in de MRI-scanner en wordt de hersenactiviteit gemeten. Deze activiteit wordt dan gebruikt om een computer aan te sturen. Omdat er een MRI-scanner wordt gebruikt, is deze vorm van BCI niet beschikbaar voor mensen thuis. Wél kan met behulp van MRI gezocht worden naar gebieden in het brein die gebruikt kunnen worden voor een BCI gebaseerd op EEG of ECoG elektroden.

Ook MEG (magnetische encefalografie), waarbij indirect elektrische signalen worden gemeten, heeft een groot apparaat nodig. Mede daarom wordt het niet veel voor BCI gebruikt, al wordt er wel veel onderzoek mee verricht naar hoe de hersenen werken.

Nach oben

Was kann heute schon gemacht werden mit BCI?

Het opvangen van hersensignalen om er een computer of ander apparaat mee te besturen speekt tot de verbeelding. Op het internet zijn filmpjes te vinden van mensen die met hun hersenactiviteit een robotarm besturen, soms met, en soms zonder een implantaat. Er zijn steeds meer kleine bedrijven die eenvoudige systemen verkopen om spelletjes mee te spelen. Ze zijn echter om meerdere redenen niet goed genoeg voor verlamde mensen.

Een aantal centra in de VS hebben al aangetoond dat met naaldelektroden een robotarm bestuurd kan worden. Dat kan echter alleen tijdens onderzoeksessies wanneer de technici ook aanwezig zijn om alles goed te laten werken. De versterker is niet implanteerbaar dus tussen de sessies kan de gebruiker niets met het systeem. De robotarm vormt ook een gevaar als de besturing niet perfect is. Zo kan een uitschietende arm heel wat schade aan de omgeving aanrichten. Er wordt gewerkt aan een slimme robotarm die met camera’s in de gaten houdt waar mensen en meubilair zich bevinden om ongelukken te voorkomen maar dat maakt het hele systeem weer duurder en ingewikkelder. Het is nog niet duidelijk of dergelijke BCI-systemen ooit op de markt komen en als dat wel het geval is, wanneer.

Er wordt ook gewerkt aan eenvoudiger BCI-implantaten voor mensen met LIS, die vooral heel robuust en nauwkeurig moeten kunnen werken. Een van de grootste uitdagingen is een goede betrouwbaarheid, dat wil zeggen dat de BCI heel weinig fouten maakt in het interpreteren van de hersensignalen. Veel fouten leidt al gauw tot onvrede en desinteresse bij de gebruiker (en dus een falen van het BCI-systeem). Een eerste BCI-implantaat zal die uitdaging eerst aan moeten gaan. Een simpel systeem heeft dan de voorkeur, bijvoorbeeld een BCI die alleen maar een druk op een knop kan maken (een brein-klik als het ware). Daarmee kan een gebruiker alle bestaande communicatiehulpmiddelen gebruiken.

Nach oben

Weshalb ist Forschung weiter nötig?
De technologische ontwikkelingen gaan erg snel, ook binnen het vakgebied van BCI-onderzoek en met name voor implanteerbare BCIs. Grotere kennis van de hersenen, nieuwe manieren om hersensignalen te meten, betere materialen voor elektroden en snellere computers om de hersensignalen te verwerken helpen het onderzoek vooruit. Het is echter niet bekend hoe het is om dagelijks een BCI te gebruiken, en of het hebben van een BCI de kwaliteit van leven van mensen met LIS daadwerkelijk verbetert. Ook is niet duidelijk of en hoe de hersensignalen veranderen bij langdurig dagelijks gebruik van een BCI. Het is mogelijk dat het steeds minder moeite kost om de BCI op een goede manier te gebruiken, maar er bestaat ook een kans dat de hersensignalen in de loop van de tijd hun kwaliteit verliezen, waardoor het lastiger zou kunnen worden om te communiceren via de BCI.

Behalve onderzoek naar de biologie van hersenen moeten er ook praktische zaken onderzocht worden. Zo zijn er veel instellingen van het apparaat die van belang zijn voor een goede prestatie. Zelfs het meest eenvoudige BCI-implantaat is van binnen behoorlijk complex. Hoe de gebruiker reageert op regelmatig gebruik van een BCI implantaat is nog niet bekend, omdat nog niemand een dergelijk implantaat heeft.
Nach oben