Brain-Computer-Interfaces vor dem Durchbruch

Wissenschaftler rufen bei Mäusen falsche Erinnerungen hervor

Maus: falsche Erinnerungen werden hervorgerufen
(Foto: pixelio.de, U. Velten)

Saitama (pte003/05.08.2013/06:10) - Die Forschung ist dem Manipulieren von Erinnerungen und dem Herunterladen von Befehlen aus Computern direkt in das Gehirn einen Schritt nähergekommen. Dem Riken-M.I.T, Center for Neural Circuit Genetics ist es gelungen, bei Mäusen falsche Erinnerungen hervor­zurufen. Die Forscher schreiben in Science, dass die Tiere dazu gebracht wurden, sich an einen Elektro­schock an einer bestimmten Position zu erinnern, der in der Wirklichkeit an einer völlig anderen Stelle zugefügt worden war.

Erinnerungen mit neuer Bewertung

Obwohl es den Wissenschaftlern nicht gelang, völlig neue Gedanken zu erschaffen, konnten sie bestehende Erinnerungen jedoch mit positiven oder negativen Gefühlen in Zusammenhang bringen. Laut Steve Ramirez, einem der beteiligten Neurowissenschaftler, ging es nicht darum, neue Erinnerungen zu schaffen, sondern zwei verschiedene Arten von Erinnerungen miteinander zu verknüpfen.

"Wir haben eine neutrale Erinnerung genommen, die wir künstlich in eine negative umgewandelt haben." Das klingt vielleicht nicht nach einem großen Fortschritt und ist sicher auch keine gute Art, Mäuse zu behandeln. Es braucht jedoch nicht viel Phantasie, um sich vorzustellen, dass diese Forschung eines Tages zur Manipulation des Geistes mittels eines Computers führen könnte. Denkbar ist zum Beispiel laut Ramirez die Behandlung von Erkrankungen wie posttraumatischen Belastungsstörungen.

Hollywood-Visionen werden Realität

Forscher arbeiten bereits an Brain-Computer-Interfaces, die es ermöglichen sollen, unsere Smartphones oder Computern nur über den Geist zu bedienen. Es gibt bereits Gadgets, die Gedanken lesen können und es ermöglichen, virtuelle Objekte in einem Computerspiel zu manipulieren oder Schalter nur mit der Kraft der Gedanken ein- und wieder auszuschalten.

Die Wissenschaftler jedoch, die an der Manipulation der Erinnerungen arbeiten, scheinen die Grenzen des bisher Möglichen am weitesten zu verschieben. In zahlreichen Hollywood-Filmen wie "Eternal Sunshine of the Spotless Mind" kann ein Darsteller bereits einen Service nutzen, um die Erinnerungen an seine frühere Freundin aus dem Gedächtnis zu löschen.

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IBM: Computer in fünf Jahren mit fünf Sinnen

Kognitive Systeme werden fühlen, sehen, hören, schmecken und riechen

Viele Sensoren lassen Computer bald riechen
und schmecken (Foto: IBM Research)

Armonk (pte015/17.12.2012/11:45) - IBM hat heute, Montag, zum siebten Mal seine "5 in 5" veröffentlicht - fünf Vorhersagen, welche innovativen Technologien innerhalb von fünf Jahren allgegenwärtig werden. Dieses Jahr stehen dabei die fünf Sinne im Mittelpunkt. So erwartet der Konzern, dass haptische Technologien nicht nur virtuelle Objekte fühlbar machen, Computer in einigen Jahren wirklich Information in Bildern sehen und trotz Umgebungs­geräuschen wichtige Dinge hören können. Auch schmecken und riechen sollen gängige Funktionen werden.

"Genau wie das menschliche Gehirn über verschiedene Sinne mit der Welt interagiert, werden kognitive Systeme durch Kombination dieser Entwicklungen größeren Wert und Einsichten bedeuten", ist Bernie Meyerson, IBM VP of Innovation, überzeugt. Ob das stimmt, muss sich erst weisen. In der Vergangenheit hatte IBM mit seinen Vorhersagen nicht immer Glück, aber auch einige Volltreffer. So orakelte der Konzern 2007, dass das Handy "Geldbörse, Ticketmakler, Concierge, Bank, Einkaufshelfer und mehr" sein würde.

Sinne und Sinneseindrücke

Schon jetzt arbeiten Unternehmen wie HiWave und Tactus Technology an taktilem Feedback für Touchscreens, zudem gibt es Projekte, virtuelle Objekte beispielsweise aus MMOs fühlbar zu machen. Solche Technologien sind laut IBM in fünf Jahren nicht nur gängig, sondern wirklich ausgereift. So soll es dann beispielsweise Online-Shoppern möglich sein, das Material von Kleidungsstücken am Bildschirm zu fühlen. Möglich machen sollen das unter anderem Vibrationsmuster, womit beim Tastsinn vor allem Eindrücke für den User im Mittelpunkt stehen.

Ganz anders ist das beim Sehen und Hören, wo wirklich die Sinne der Computer heranreifen. IBM erwartet, dass Bilderkennungssysteme nicht nur Inhalte erkennen, sondern diese auch zunehmend wie Menschen interpretieren können - beispielsweise, um die bildgebende Diagnostik in der Medizin zu unterstützen. Ebenso geht der Konzern davon aus, dass Systeme in fünf Jahren blendend hören werden. So werde es möglich sein, aus einem breiten Geräuschspektrum wesentliche Informationen - etwa Gefahrenhinweise - herauszufiltern. Ausgereifte Systeme sollen sogar in der Lage sein, "Babysprache" zu verstehen und zu erkennen, was ein Kleinstkind kommunizieren will.

Computer lassen besser essen

Was den Geschmackssinn betrifft, arbeiten IBM-Forscher an einem System, das nicht nur selbst Geschmäcker erkennt. Es soll auch gleich neue, für Menschen ansprechende Kombinationen entwickeln und so nach Möglichkeit gesunde Gemüse-Gerichte begehrenswerter schmecken lassen als Chips oder Schokolade. Beim eng verwandten Geruchssinn dagegen ortet IBM insbesondere Potenzial darin, dass Computer Warnsignale erkennen können - ob nun für bestimmte Krankheiten charakteristische Körpergerüche oder Zeichen von Luftverschmutzung in städtischen Gebieten.

Letztere Vorhersage scheint durchaus realistisch, gibt es doch schon eine sehr empfindliche Nanotech-Hundenase (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20121122028) - ob freilich alles eintrifft, ist fraglich. In der Vergangenheit lag IBMs mit seinen 5-in-5-Vorhersagen teils sehr gut, beispielsweise mit der 2007 vorhergesagten größeren Verbreitung von Fahrerassistenzsystemen in Autos oder dem in der ersten Auflage 2006 erwarteten Trend zum breiteren Einsatz von Telemedizin. Es gab aber auch Fehleinschätzungen - das damals in Aussicht gestellte verbreitete 3D-Internet lässt nach dem Abklingen des Second-Life-Hypes doch etwas länger auf sich warten.

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Gedankensteuerung: Interface hackt Gehirn

Forscher extrahieren Informationen wie Pin-Codes aus Köpfen

Hirn durchleuchtet: Informationen nicht sicher
(Foto: pixelio.de, Dieter Schütz)

Bellevue (pte025/21.08.2012/13:55) - Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, Gedankensteuerungs-Interfaces dazu zu verwenden, Informationen aus den Gehirnen von Probanden zu extrahieren. Forscher der Universitäten Oxford, Kalifornien und Genf haben gezeigt, dass Daten wie Pin-Codes gefunden werden können, indem den Versuchspersonen passende Bilder gezeigt werden, während sie Elektroden auf dem Kopf tragen. Bei bekannten Bildern verrät das Gehirn sich durch spezifische Signale. Das Verfahren ist bei weitem noch nicht perfekt, aber in 20 Prozent der Fälle konnte ein vierstelliger Pin-Code im ersten Versuch erraten werden.

Ihre Ergebnisse haben die Forscher bei der USENIX-Konferenz in Bellevue in den USA präsentiert. "Der Versuchsaufbau ist einfach nachvollziehbar. Haben die Probanden Assoziationen zu den gezeigten Bildern, entsteht im Hirn ein anderes Signal. Das evozierte Potenzial kann über die Elektroden abgelesen werden", sagt ein Experte gegenüber pressetext.

Geburtsmonat

Beim Erraten des Geburtsmonats der Versuchspersonen betrug die Erfolgsquote im ersten Anlauf sogar beinahe 60 Prozent. Hier wurden die Probanden via Bildschirm gefragt, in welchem Monat sie Geburtstag haben. Anschließend wurden in zufälliger Reihenfolge die Monatsnamen kurz eingeblendet und nach den verräterischen Hirnströmen gesucht. Mit ähnlichen Versuchsanordnungen haben die Wissenschaftler auch den Wohnort und den Namen der Bank, bei der die jeweilige Versuchsperson Kunde ist, zu erraten versucht. Hier liegen die Erfolgsquoten zwischen 20 und 30 Prozent. "Mit implantierten Elektroden könnte die räumliche Auflösung noch deutlich erhöht werden", so der Fachmann.

In einem weiteren Versuch wurde getestet, ob sich feststellen lässt, welche Gesichter in einer Reihe von Fotos den Probanden bekannt sind. "Um Gedankenlesen handelt es sich hierbei nicht. Eine Erfolgsquote von 30 Prozent ist relativ bescheiden", so der Spezialist. Die Forscher haben aber bewiesen, dass ihre Methode gegenüber zufälligem Raten eine 15 bis 40 Prozent erhöhte Erfolgswahrscheinlichkeit aufweist. Das Signal, auf das sich die Forscher konzentrieren, heißt P300. Zur Kalibrierung des Neuro-Interfaces mussten die Probanden einige Testläufe mit Bildern von Ziffern machen. So konnten die Forscher ihre Apparaturen auf die individuellen Hirne einstellen.

Künftige Sicherheitslücke

Mit ihrer Arbeit wollen die Wissenschaftler darauf hinweisen, dass Gedankensteuerungs-Interfaces, die sich unter anderem unter Videospielern immer größerer Beliebtheit erfreuen, ein Sicherheitsrisiko darstellen. "Solche Interfaces haben für Computerspiele sicher großes Potenzial, der eigentliche Nutzen liegt aber in der Medizin, wo vielen Patienten geholfen werden kann", sagt der Experte.

Die Wissenschaftler haben für ihre Experimente eine kommerziell erhältliche Elektrodenhaube verwendet. Die Geräte kosten mittlerweile nur noch um die 200 Euro. Über die Programmierschnittstellen können die gemessenen Hirnstrom-Daten praktisch beliebig verwendet werden. Mit cleveren Tricks könnten sich Außenstehende auf diesem Weg sensible Informationen aus den Köpfen der User holen.

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Kaiserschnitt verzögert Gehirnentwicklung

Kurz- und Langzeitgedächtnis profitieren von normaler Geburt

Schwangere und Neuronen: Geburt beeinflusst Entwicklung
(Bild: Yale/Helfenbein)

New Haven/Madrid/Berlin (pte018/10.08.2012/13:55) - Für das Gehirn des Neugeborenen macht es einen Unterschied, ob es das Licht der Welt per normaler Geburt oder infolge eines Kaiserschnitts erblickt. Vaginalgeburten sorgen für die Expression eines Proteins, das die Entwicklung des Hippocampus bis hin zu dessen Funktionstüchtigkeit im Erwachsenenalter verbessert, zeigen Forscher vom Madrider Instituto Cajal sowie der Yale School of Medicine in der Zeitschrift PloS ONE.

Schlüssel zur Neuronenbildung

Die Forscher um Tamas Horvath untersuchten die Auswirkungen einer natürlichen und operativen Geburt auf das Protein UCP2 (Mitochondrial uncoupling protein 2). Dieses bestimmt die Entwicklung der Neuronen und deren Netzwerke im Hippocampus, der für das Kurz- und Langzeitgedächtnis zuständigen Gehirnregion. UCP2 spielt zudem beim zellulären Stoffwechsel von Fett aus der Muttermilch mit, weshalb die Ausschüttung des Proteins bei der natürlichen Geburt den Übergang zum Stillen erleichtern dürfte, vermuten die Forscher.

Die Vaginalgeburt löst die Expression des UCP2 bei den Neuronen im Hippocampus aus, ermittelten die Forscher durch Experimente an Labormäusen, während dieser Prozess nach einer Sektio-Geburt nur abgeschwächt stattfand. Wurde das UCP2-Gen ausgeschaltet oder die Funktion des Proteins chemisch unterbunden, so beeinflusste dies die Ausdifferenzierung der Neuronen und Netzwerke im Hippocampus und schädigte auch das Verhalten im Erwachsenenalter, sofern es mit dieser Gehirnregion in Verbindung stand.

"Die Ergebnisse zeigen eine potenziell entscheidende Rolle von UCP2 in der Entwicklung von Netzwerken im Gehirn und daraus folgender Verhaltensweisen", sagt Horvath. Bewahrheitet sich die Annahme, wäre das ein brisantes Ergebnis, nehmen doch weltweit Kaiserschnitte, die nur aus Bequemlichkeit statt aus medizinischer Notwendigkeit durchgeführt werden, drastisch zu. "Dieser Trend könnte nachhaltige Folgen auf das mensch­liche Gehirn haben, die bisher völlig übersehen wurden", so der Mediziner.

Auch Atmung und Stoffwechsel beeinträchtigt

"Mäuse liefern bei vielen Krankheitsbildern sowie für die Gehirnentwicklung ein Modell, das mit über 90-prozentiger Treffsicherheit auch beim Menschen zutrifft. Vieles im Nervensystem läuft identisch ab", erklärt die Berliner Genforscherin und Entwicklungsbiologin Carmen Birchmeier-Kohler im pressetext-Interview. Aus­wirkungen der Geburtsform sind auch auf das Kleinhirn bekannt. "Tiere, die nicht durch den normalen Geburtsvorgang geboren wurden, hatten später ein unreifes Atmungszentrum."

Nachteilige Wirkung der Schnittgeburt auf die Atmung - speziell bei Frühgeborenen - sind jedoch auch für die Lunge dokumentiert (pressetext berichtete: http://bit.ly/MGcPfE). Fachexperten erklären diesen Effekt unter anderem durch den Wegfall der Resorption der Lungenflüssigkeit, die sonst bei einer Spontangeburt durch die Wehen begünstigt wird. Weitere aktuelle Studien deuten darauf, dass Kaiserschnitt-Entbundene im späteren Lebensverlauf ein höheres Adipositas-Risiko ausgesetzt sind (siehe: http://bit.ly/OPiVGa).

Originalstudie unter http://bit.ly/MXVVEI

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TruthWave: EEG-Helm enttarnt Lügner

Hirnwellen-Analyse unterscheidet zwischen bekannt und unbekannt

Gehirn: EEG-Helm ermöglicht Wahrheitsfindung
(Foto: sxc.hu/artM)

New York (pte023/12.07.2012/13:58) - Forscher des Unternehmens Veritas Scientific arbeiten an einer neuen Art von Lügendetektor. Statt die Stimme auf Unregelmäßigkeiten zu untersuchen - eine zu wenig präzise und für Manipulation anfällige Methode - kommt hier ein Helm zum Einsatz. Dieser analysiert die Hirnwellen des Probanden über mehrere Elektroden, deren Analyse nach dem "TruthWave"- Verfahren die Überführung bei Falschaussagen ermöglichen soll.

Der Helm sieht aus wie die futuristische Version eines Motorradfahrer-Kopfschutzes, schreibt IEEE Spectrum. Im Kopfraum befinden sich Sensoren, die über die Messung von Elektrizität das Abbild der Gehirnwellen erfassen. Vor den Augen befindet sich ein kleines Display, das mit Inhalt gefüttert werden kann. Die Konstruktion ist vollständig schalldicht, um Ablenkung zu vermeiden.

Dummy-Bilder erleichtern Analyse

Der Träger wird mit Bildern konfrontiert. Anhand des Musters der P300-Wellen soll daraufhin feststellbar sein, ob der abgebildete Ort, Gegenstand, Name oder Mensch dem Probanden bereits bekannt ist, oder nicht. So ließen sich Verbrecher besser und schneller aufklären und leichter Personennetzwerke für weitere Ermittlungen konstruieren.

Zur Vermeidung von Fehlern werden wichtige Aufnahmen in eine Reihe von "Dummy-Bildern" gemischt. Der Überraschungseffekt führt zu deutlicheren Unterschieden im elektrischen Signal des menschlichen Denkorgans, was die Unterscheidung zwischen "bekannt" und "unbekannt" leichter macht. Zusätzlich tauchen zwischen­durch Befehle auf, die den Nutzer auffordern, einen Knopf zu drücken, um seine Aufmerksamkeit hoch zu halten.

Letzte Bastion der Privatsphäre fällt

Des nützlichen aber auch schädlichen Potenzials dieser an den Film "Minority Report" erinnernden Erfindung ist sich Veritas-CEO Eric Elbot durchaus bewusst. "Die letzte Bastion der Privatsphäre ist unser Gedächtnis. Dort dringen wir ein", so seine Äußerung. Mögliche Anwendungen sieht er im Bereich der Befragung von Ver­dächtigungen und Zeugen bei Ermittlungen oder vor Gericht als auch im Zuge von Firmenübernahmen. Elbot kann sich auch vorstellen, dass das System auch einmal als Smartphone-App umgesetzt wird.

Trotz aller Vorkehrungsmaßnahmen ist der Helm noch längst nicht perfektioniert. An der Zuverlässigkeit der Auswertung, deren Konzept auf der Forschung des Neurologen und Psychologen J. Peter Rosenfeld von der Northwestern University beruht, wird noch verbessert. Das Endprodukt soll zudem angenehmer zu tragen sein. Wann erstmals ein Verdächtiger mit TruthWave überführt werden könnte, steht noch nicht fest.

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Internetsucht verändert Gehirn nachhaltig

Neurale Verbindungen zwischen verschiedenen Arealen gestört

Junge am Laptop: Zu viel Internet gefährlich
(Foto: pixelio.de, S. Hofschlaeger)

Wuhan (pte006/12.01.2012/10:00) - Websüchtige zeigen ähnliche Veränderungen des Gehirns wie Menschen, die von Drogen oder Alkohol abhängig sind. Zu diesem vorläufigen Ergebnis kommt eine Studie der Chinese Academy of Sciences. Das Team um Hao Lei scannte die Gehirne von 17 jungen Abhängigen und fand Ver­änderungen in ihrer Gehirnstruktur. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die in Plos One veröffentlichten Forschungsergebnisse zu neuen Behandlungsansätzen für Suchtverhalten führen können.

Weiße Substanz verändert

Internetsucht ist eine klinische Erkrankung, die durch einen außer Kontrolle geratenen Internetkonsum charakterisiert wird. Insgesamt untersuchten die Forscher die Gehirne von 35 Frauen und Männern zwischen 14 und 21 Jahren. Bei 17 wurde ein Internet-Abhängigkeits-Syndrom (IAS) festgestellt.

Grundlage für die Diagnose waren Fragen wie: "Haben Sie wiederholt erfolglos versucht, Ihren Internetkonsum zu kontrollieren, zu reduzieren oder zu beenden?" Spezialisierte Gehirnscans zeigten bei den als internetsüchtig diagnostizierten Teilnehmern Veränderungen in der weißen Substanz des Gehirns, also jenem Bereich, der Nervenfasern enthält.

Störungen bei Nervenfasern

Laut den Wissenschaftlern gab es Hinweise auf eine Störung der Verbindungen der Nervenfasern, die Gehirnbereiche miteinander verbinden, die mit Gefühlen, dem Treffen von Entscheidungen und der Selbstkontrolle in Zusammenhang stehen. Gunter Schumann vom King's College London erklärt, dass ähnliche Forschungsergebnisse auch bei Menschen vorliegen, die nach Computerspielen süchtig sind. Erstmals zeigten zwei Studien Veränderungen in den neuralen Verbindungen zwischen Bereichen des Gehirns und der Gehirnfunktion.

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IBM: Gedankenlesen bis 2016 Realität

Computerkonzern sagt Technik-Meilensteine der nächsten Jahre voraus

Sportschuhe: Intelligente Energiegewinnung macht
unabhängig (Foto: IBM)

Armonk (pte001/20.12.2011/06:00) - Der Computer­riese IBM hat auch dieses Jahr wieder einen Blick in die Zukunft gewagt. Im Rahmen der "Next 5 in 5"-Reihe veröffentlicht das Unternehmen jährlich eine Aussicht darauf, welche technologischen Fortschritte den Alltag der nächsten fünf Jahre am deutlichsten prägen werden. Vorausgesagt wird etwa die Auflösung des Digidal Divides, fortschreitende Energie-Autarkie und die Erfindung des Gedanken­lesens.

Tiefer Blick ins Gehirn

Bis 2016, so erklärt ein von IBM veröffentlichtes Video, werden erste Schritte im Erkennen und Lesen menschlicher Gedanken bereits umgesetzt sein. Der technologische Fortschritt wird Ärzten und Wissenschaftlern helfen, Hirnaktivitätsmuster besser nachzu­vollziehen, um Störungen wie Autismus besser zu verstehen. Schon heute arbeiten IBM-Forscher daran, Geräte wie Smartphones auf diese Weise steuerbar zu machen. Texte per Gedanken zu diktieren, ist eine der nächsten Applikationen, die auf dem Weg zum Mindreading liegen.

"People Power" macht autark

Die Menschen, so die Prognose weiter, werden kaum noch externe Stromversorgung brauchen. "People Power" sorgt für Autarkie. Alles was in Bewegung ist, von Turnschuhen bis zum in den Leitungen fließenden Wasser, bietet Potenzial zur Elektrizitätserzeugung. Technik-Innovationen werden es möglich machen, diese Energie zu sammeln und zu nutzen, um Eigenheime, Arbeitsplätze oder gar ganze Städte damit zu versorgen.

Mobiltechnologie beseitigt digitalen Graben

Dank des rasanten Aufstiegs der Mobiltechnologien wird in fünf Jahren auch der "Digital Divide", der "Informationsgraben" zwischen industrialisierter Welt und den Schwellen- und Entwicklungsländern, verschwunden sein, verrät der Blick in die Zukunft. Denn 2016 werden 80 Prozent der Weltbevölkerung über ein mobiles Gerät verfügen. Menschen in entlegenen Gegenden hätten dann Zugriff auf die Wettervoraussage oder wüssten, wann der nächste Arzt im Dorf vorbeikommt. Mobile Vermarktung eröffnet dann auch neue Geschäftsmodelle und Formen der Zusammenarbeit.

Intelligente Benachrichtigungen ersetzen Spam

IBM sieht auch das Ende von Spam-Mails voraus und prognostiziert, dass uns intelligente Systeme zukünftig nur die für den Nutzer relevanten Informationen liefern werden, ohne dass dieser explizit danach fragen muss. So könnte man in Zukunft automatisch gewarnt werden, wenn Schlechtwetter eine geplante Reise betrifft oder man erhält einen Hinweis auf den Kartenvorverkauf, wenn die Lieblingsband in der Nähe auftritt. Das Smartphone könnte seinem User gar ganze Einkäufe abnehmen.

Iris-Scan statt Passwort-Chaos

Zu guter Letzt werden auch die oft verhassten Passwortmasken auf Websites zum Relikt der Vergangenheit. Anstatt lange Zeichencodes in Verbindung mit einem Usernamen einzugeben, wird der Login der Zukunft auf biometrische Merkmale zurückgreifen. Daten aus Iris-Scans und Stimmaufnahmen formen dank kluger Software ein einzigartiges Online-DNA-Passwort. Um Geld beim Automaten abheben zu können, wird der Kontoinhaber künftig über seine Stimme oder seine Augen erkannt. Man wird jedoch, auch das hält die Voraussage fest, weiterhin die Möglichkeit haben, selbst darüber zu entscheiden, welche Daten man preisgibt.

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Wissenschafter lesen Gedanken

Analyseverfahren übersetzt Hirnaktivität in Worte

Hirn: Scan der Aktivität verrät Inhalt von Gedanken
(Foto: FlickrCC/Liz Henry)

Princeton, New Jersey (pte001/02.09.2011/06:00) - Eine Studie der Princeton University zeigt, dass der Abgleich von Aktivitätsmustern des Gehirns mit Worten dazu beitragen kann, die Arbeitsweise des menschlichen Denkorgans besser zu verstehen. Dabei wollen die Neuro­wissen­schafter herausfinden, welche physiologischen Vorgänge sich abspielen, wenn ein Mensch sich geistig mit abstrakten oder komplexen Dingen befasst. Dazu kam ein funktioneller Magnetresonanztomograph zum Einsatz. Ein Computerprogramm analysierte tausende Wikipedia-Einträge.

Prinzipumkehr

Die Forscher ließen ihre Probanden an bestimmte Gegenstände denken und beobachteten dabei die Aktivität ihres Hirns und seiner verschiedenen Regionen. Sie entwarfen dazu jeweils eine Liste von Worten, die mit dem jeweiligen Ding in Zusammenhang stehen und glichen die Scanergebnisse ab. So gelangten sie zur Erkenntnis, dass die Denkmuster des Hirns bei verwandten Begriffen - etwa "Möbel" und "Esstisch", "Schreibtisch" und "Stuhl" - ähnlich sind.

Schließlich versuchten sie anhand ihrer Auswertungen auf umgekehrtem Wege die Gedanken der Testkandidaten anhand der gemessenen Hirnaktivität zu erraten. Ergab sich ein Scanmuster, dass etwa dem Wort "Tisch" entsprach, so konnten die Wissenschafter sagen, dass die Versuchsperson gerade an Möbel dachte.

Vollständige Übersetzung als Ziel

Ausgehend von den Scan-Ergebnissen einer Wortassoziations-Studie aus dem Jahre 2008, die sich auf jeweils fünf Begriffe in zwölf Kategorien beschränkte, kam das Team schließlich auf die Idee, eine Software 3.500 Wikipedia-Artikel über verschiedene Gegenstände auf ihre wichtigsten Worte zu reduzieren und jeweils 40 verwandte Themen zu finden.

Daran richteten sie ihre weiteren Scans aus und konnten schließlich sehr erfolgreich feststellen, in welchem Themenbereich sich die Gedanken der Probanden bewegten. Spezifische Objekte zu erraten, erwies sich jedoch als wesentlich schwieriger. Man möchte in Zukunft die Aktivitätsmuster des menschlichen Gehirns komplett in Worte übersetzen können, um die vollständige Beschreibung von Gedanken zu ermöglichen.

Chance für Behinderte

"Egal an was eine Person denkt und egal ob es sich dabei um Themen, Konzepte, Emotionen, Pläne oder soziale Gedanken handelt - es spiegelt sich alles in der Arbeit des Gehirns in all seinen Arealen wieder", erläutert der leitende Forscher Matthew Botvinick vom neurowissenschaftlichen Institut der Universität Princeton.

Der Forschungsansatz könnte zukünftig bei der Unterstützung von Schwerbehinderten zur Anwendung kommen. Ihnen könnten Gehirnscans helfen, ihre Gedanken präziser auszudrücken und sich für ihre Umwelt verständlicher zu machen.

Das Paper zur Forschungsarbeit (in englischer Sprache)

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Gedankensteuerung verhindert Verkehrsunfälle

Bremsweg lässt sich bei 100 km/h um eine Autolänge verkürzen

Testlauf am Simulator: Die Gedankensteuerung in Aktion
(Foto: BBCI/Haufe)

Berlin (pte026/03.08.2011/13:45) - Wenn es um die Verhinderung eines Verkehrsunfalls geht, ist eine schnelle Reaktionszeit des Autolenkers unumgänglich. Um die Sicherheit auf den Straßen zu verbessern, haben Forscher der Technischen Universität Berlin nun ein völlig neuartiges System entwickelt und erprobt, das den Bremsbefehl direkt aus dem menschlichen Gehirn auslesen kann. Das Ergebnis beeindruckt: Mit­hilfe der Hirnstrommessung kann der Brems­vorgang schon 130 Millisekunden früher eingeleitet werden als mit der herkömmlichen Fußbremsung. Je nach Ge­schwindigkeit verringert sich der Bremsweg auf diese Weise um mehrere Meter.

"Die Technologie der Notfall-Bremsunterstützung hat das Potenzial, eine sehr große Zahl von Verkehrsunfällen zu verhindern", heißt es in der entsprechenden Projektbeschreibung, die Stefan Haufe und sein Team von der TU Berlin in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Journal of Neural Engineering" veröffentlicht haben. "Zum ersten Mal greifen wir damit die Intention des Fahrers direkt am Ort und zu der Zeit seiner Entstehung ab: Im menschlichen Gehirn", so die Forscher. Bisher sei das Auslesen gezielter Befehle in einer realistischen Fahr­situation aufgrund der Komplexität der Vorgänge im Gehirn der Fahrer kaum möglich gewesen.

Erfolgreiche Versuchsreihe

Dass die entwickelte Technologie in der Praxis tatsächlich die Fahrsicherheit erhöhen kann, haben die Forscher mit einer speziellen Versuchsreihe bewiesen. Dabei mussten insgesamt 18 Probanden in einer Computer­simulation ein Fahrzeug steuern. Ihr Ziel war es, einem voranfahrenden Auto, das in zufälligen Zeitabständen Bremsungen durchführte, in etwa gleichbleibender Entfernung zu folgen. Um einen Zusammenstoß zu ver­hindern, mussten die Lenker blitzschnell reagieren.

Mittels Elektronenzephalogramm (EEG) und Elektromyografie (EMG) konnten die Wissenschaftler dabei jene Signale im Gehirn der Testpersonen ermitteln, die mit der Bremsabsicht verknüpft sind. Genau diese Muster wurden dann in weiteren Folgeversuchen dazu genutzt, um eine Bremsung im Simulator auszulösen. Hierbei stellte sich heraus, dass sich durch die "Kopfbremsung" der Bremsweg bei einer Geschwindigkeit von 100 Kilometern pro Stunde um 3,66 Meter verringern lässt, was in etwa einer vollen Wagenlänge entspricht.

"Noch nicht praxistauglich"

Bis die von Haufe und seinem Team entwickelte Technologie die Marktreife erreicht hat, wird aber wohl noch einiges an Zeit vergehen. "Derzeit ist diese Technologie noch nicht praxistauglich", betont Haufe auf Nachfrage von pressetext. "Unsere Studie fand unter Laborbedingungen statt. Da realer Straßenverkehr viel komplexere Situationen beinhaltet, müssen wir zunächst untersuchen, ob unser System robust dagegen ist", so Haufe. Zudem müssten auch die verwendeten Sensoren einfacher und die Datenauswertung und -umwandlung schneller und günstiger werden.

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Handy-App: Gesundheitscheck mit Gehirnwellen

System setzt auf Sensorstirnband wie für die Gedankensteuerung

Sensorstirnband: Misst Gehrinwellen für Handy-App
(Foto: neurosky.com)

Tokio (pte016/15.07.2011/13:50) - Die KDDI R&D La­boratories, Forschungsarm des japanischen Telekom-Konzerns KDDI, haben hat ein Handy-System ent­wickelt, das mithilfe der Gehirnwellen des Nutzers seinen Gesundheitszustand bewertet. Dazu misst die "Mobile Phone Brain Wave Measurement Application" Gehirnströme mit einem Sensorstirnband, berichtet Tech-on. Per Bluetooth-Verbindung gelangen die Daten kabellos auf das Smartphone, wo sie Apps beispiels­weise in Klangform informativ aufbereiten.

Gedankenlesen

Das KDDI-System nutzt ein Sensorstirnband des kalifornischen Unternehmens NeuroSky. Dieses ist ein Spezialist für auf EEG-Technologie basierende Sensorlösungen, der schon vor drei Jahren Gedanken­steuerung für das Handy in Aussicht gestellt hat (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/ 080913007). Der aktuelle Prototyp nutzt die Messung der Gehirnwellen freilich zu einem etwas anderen Zweck - es geht darum, dem Nutzer Information zu seinem Gesundheitszustand zu liefern.

Dazu haben die KDDI-Forscher drei Apps realisiert. Bei "droid touch" geht es darum, wie gut sich der User konzentrieren kann und was das über seinen physischen Zustand aussagt. Die App "brain sound" dagegen wandelt Geringwellen in Klänge um, die dem Nutzer Aufschluss darüber geben, wie es ihm geht. Das Ziel von "psychology view" wiederum ist, die Vitalität des Gehirns zu ermitteln.

Mobile Gesundheit

Bislang existieren nur Prototypen der Apps, doch will KDDI noch in diesem Jahr kommerzielle Umsetzungen folgen lassen. Dabei spekuliert das Unternehmen darauf, dass die NeuroSky-Sensoren in absehbarer Zeit billiger werden. So futuristisch die Idee von Handy-Apps, die mithilfe kabelloser EEG-Messungen den Gesundheits­zustand prüfen, sein mag, so sehr liegt sie im Trend der Zeit - immerhin planen die X Prize Foundation und Qualcomm bereits ein Preisrennen für die Umsetzung eines kompletten, realweltlichen Star-Trek-Tricorders (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/110513003/).

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Liebe fördert die Gehirnentwicklung

Zuneigung im Babyalter hilft lebenslang bei der Stressbewältigung

Mutter mit Baby: Liebe ist die gesündeste
Hirnnahrung (Foto: pixelio.de/Rios)

Montreal (pte003/07.02.2011/06:10) - Auch unsere Gehirne brauchen Liebe, um sich zu entwickeln. Das betonen Forscher des kanadischen Douglas Institute. In mehreren Unter­suchungen zeigen sie auf, dass die liebevolle Zuneigung der Mutter, jedoch auch des Vaters in den ersten Lebensjahren enorme Bedeutung für ein Kind hat. Je mehr Liebe es in dieser Zeit erfährt, desto besser kann es im ganzen Leben mit negativen Erfahrungen umgehen.

Nahrung und Berührung entscheiden

Eine Form dieses Liebeserweises ist für die Forscher um Claire-Dominique Walker die Menge und Qualität der Muttermilch, sowie der innige Kontakt zur Mutter. Hundewelpen, die von ihren Müttern schon vor der Geburt und in der Zeit danach besonders fettreich ernährt wurden, reagierten viel gelassener auf Stresssituationen als ihre Altersgenossen, berichtet die Zeitschrift "Developmental Psychology". Auch häufiges Ablecken durch die Mutter hatte denselben Schutzeffekt, der sogar bis ins Erwachsenenalter der Tiere anhielt.

Der Nachweis bei Menschen gelang Jens Pruessner in der Zeitschrift "Journal of Psychiatry and Neuroscience". Er bestimmte bei jungen Erwachsenen das Stressniveau von Psyche und Körper und erhob das Niveau des Stresshormons Cortisol im Blut. Zur Überraschung des Forschers war wenig Cortisol sowohl bei den als Kind sehr geliebten als auch bei den vernachlässigten zu finden. Bei der ersten Gruppe ging das allerdings auf hohen Selbstwert zurück, bei der zweiten auf sehr geringen", so Pruessner. Cortisol zeige somit nur in Verbindung mit psychologischen Tests die Gefahr einer Stresserkrankung an.

Immunsystem stärker

Dass Umarmungen, Küsse und deutlich gezeigte Zuneigung der Eltern später Belastungen leichter ertragbar machen, berichtete schon im Vorjahr Joanna Maselko im "Journal of Epidemiology and Community Health". Ein Psychologe bewertete dabei während einer Routineuntersuchung, wie gut Mütter auf Gefühle und Bedürfnisse ihres Kindes reagierten. Im späteren Erwachsenenleben konnten geliebte Kinder deutlich besser mit allen Arten von Leid umgehen (siehe: http://www.pressetext.com/news/100727010/).

Eine Studie in "Molecular Psychiatry" beweist hingegen, dass man Folgen der liebenden Fürsorge von Vater oder Mutter auch in einer besseren Funktion des Immunsystems findet. "Die Wirkungen guter Elternschaft setzen auch Gesundheitsrisiken außer Kraft, die schlechte soziale Bedingungen mit sich bringen. Das sieht man sogar bis auf der Ebene der Gene", berichtet Studienleiter Steven Cole (siehe: http://www.pressetext.com/news/100521004/).

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"Inception" - Gedanken implantieren funktioniert

Psychologen: Falsche Erinnerung begleitet uns auch im Alltag

Kinofilm "Inception": Handlung entspricht teils
dem Stand der Psychologie (Foto: Warner Bros.)

Wien (pte023/16.08.2010/13:58) - Die Handlung des Films "Inception" ist nicht so abgefahren, wie auf den ersten Blick scheinen mag. Die Idee der Gedanken­manipulation, die die Kinobesucher außer den Spezial­effekten und imaginären Landschaften in Bann zieht, ist in der Psychologie bekannt und untersucht. Ideen können tatsächlich in die Köpfe von Menschen eingepflanzt und in das Gedächtnis einer Person einverleibt werden. Was im Film überspitzt dargestellt wird, kommt sogar im Alltag vor. "Oft glauben wir, Ereignisse hätten stattgefunden, ohne dass es eine historische Grundlage gibt", erklärt Johann Lehrner vom Berufsverband der österreichischen Psychologen im pressetext-Interview.

Spionage im Unterbewußtsein

Im Film schaltet sich der Wirtschaftsspion Dominic Cobb - verkörpert von Leonardo Di Caprio - in die Träume von Menschen ein. Er durchwühlt sie nicht nur nach Informationen, sondern beeinflusst sie sogar. Als ein Kunde mit der Vernichtung seiner Konkurrenz beauftragt, nutzt Cobb diese Fähigkeit gezielt aus. Er implantiert seinem Opfer im Traum Hoffnungen und Ängste und bringt es dazu, dessen Unternehmen zu zerstören. Zuvor hatte Cobb die Technik nur bei seiner eigenen Frau angewendet - die sich jedoch dadurch in einer ständigen Traumwelt wähnte, depressiv wurde und Selbstmord beging.

Weißer Bär und Kaufhaus-Trauma

Psychologen fasziniert das "false memory" schon Jahrzehnte. Der Havard-Forscher Daniel Wegner zeigte, dass man Menschen bestimmte Gedanken denken lassen kann, indem man genau das Gegenteil verlangt. Etwa die Aufforderung, nicht an einen weißen Bären zu denken, malt das Bild des Tieres unweigerlich ins Gehirn. Ähnlich kann auch ein Filmdarsteller bei Inception kaum den Gedanken an einen Elefanten unterdrücken. Elizabeth Loftus von der University of California hat hingegen gezeigt, dass man Menschen jedes Alters die traumatische Erinnerung einpflanzen kann, sie seien als Kind in einem Einkaufszentrum verloren gegangen.

Selten, aber doch kommt es auch vor, dass Menschen nur glauben, in der Kindheit missbraucht worden zu sein. "Unser Gehirn ändert sich während des ganzen Lebens und fügt dabei immer neue Erinnerungen hinzu oder nimmt bestehende weg. Für die neuen Inhalte werden teilweise neue Bilder kreiert", erklärt Lehrner, der an der Medizinischen Universität Wien als Neuropsychologe tätig ist. Bei der Gehirnveränderung im Alter wird dieser Effekt stärker - und auch die damit verbundenen Probleme. "Besonders Demenzpatienten können oftmals nicht mehr zwischen Erinnerung und Realität unterscheiden."

Gehirn unterscheidet nicht

Doch auch im Alltag begleitet uns die falsche Erinnerung, betont der Experte. Manchmal geben Lenker und Beifahrer nach einem Unfall an, das Reh sei von der jeweils anderen Straßenseite ins Auto gesprungen. Auch klingen Erinnerungen an einen gemeinsam verbrachten Urlaub bei zwei Familien im Nachhinein bisweilen ganz anders. Kompliziert wird es, wenn Zeugen einer Gerichtsverhandlung Darstellungen aus der Zeitung in ihr eigenes Gedächtnis einverleiben. "Es gibt keine Möglichkeit, falsche von echter Erinnerung zu trennen. Beide sind für Menschen so real wie die historische Erinnerung", so Lehrner.

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Männer haben das schlechtere Gedächtnis

Frauen erinnern sich weit länger an Begriffe

Frauen können sich Wörter weit besser einprägen
(Foto: pixelio.de/van Melis)

London (pte034/17.03.2010/15:00) - Männer werden oft als das vergessliche Geschlecht dargestellt. Das ist auch zurecht so, sagen Forscher der University of London. Als sie das Gedächtnis von 50-jährigen Frauen und Männern testeten, schnitten erstere deutlich besser ab. "Die Studie bezieht sich allein auf das Erinnerungsvermögen von Wörtern, während organisatorisches oder perspektivisches Gedächtnis nicht erhoben wurde. Dennoch überraschten die Ergebnisse", berichtet Studienleiter Brian Dodgeon im pressetext-Interview.

Frauen merken sich Dinge lange

Die 10.000 Menschen, die an der Studie teilnahmen, hörten in einem ersten Test zehn Wörter, die sie nach zwei und fünf Minuten möglichst vollständig aus dem Gedächtnis wiedergeben sollten. Frauen schlugen die Männer zuerst um fast fünf Prozent, im zweiten Test waren es bereits acht Prozent. Auch bei der Aufgabe, vorgegebene Buchstaben aus einer Matrix herauszu­finden, hatten die Frauen die Nase vorne, wenngleich mit mehr Fehlern als Männer. Erst als es im vierten Test möglichst viele Tiere in einer Minute zu nennen galt, kamen beide Geschlechter einheitlich auf 22 Antworten.

Warum es zu diesen Unterschieden kommt, ist noch nicht geklärt. "Andere Studien weisen darauf hin, dass der höhere Östrogenspiegel der Frau den Hippocampus besser versorgt", so Dodgeon. Diese Gehirnregion sei für das Wortgedächtnis verantwortlich. Für den Tiernamen-Test hingegen komme es auf die Organisationsfähigkeit an. "Hier schneidet gut ab, wer Kategorien bilden kann, wie etwa 'Tiere im Haus und am Bauernhof, Tiere im Wasser oder am Land."

Sport und Rauchverzicht lohnt sich

Noch genauere Aussagen erlaubte die Tatsache, dass die Studie Teil einer Langzeiterhebung war. "Überprüft wurden alle Menschen, die in Großbritannien innerhalb einer bestimmten Woche im Jahr 1958 geboren wurden. Seither beobachtet man sie regelmäßig, wodurch Folgen von Sport, Ernährung, Rauchen, Alkohol und Depression auf das Gehirn abgeschätzt und die Ergebnisse auch um soziale Faktoren korrigiert werden", erklärt Dodgeon.

Es zeigte sich, dass die Lebensführung das Gedächtnis entscheidend beeinflusst. Nichtraucher und auch Ex-Raucher schnitten deutlich besser ab als aktive Raucher, während Alkohol in kleinem Umfang die Erinnerungsleistung leicht hob. Als Vorteil zeigte sich auch die Bewegung. "Wer mindestens einmal pro Monat schwimmt oder läuft, steigert sein Erinnerungsvermögen allein dadurch um bis zu sieben Prozent", so der britische Forscher.

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