Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

Romulus · 3. Februar 2012

Wissenschaftler rekonstruieren Gehörtes aus Hirnströmen

S-Wissenschaftlern ist es gelungen, Wörter, die eine Testpersonen gehört hat, aus Hirnströmen zu rekonstruieren. Im nächsten Schritt wird es darum gehen, Wörter, an die eine Person denkt, aus ihren Hirnströmen herauszulesen.

Was denkt ein Mensch? US-Forscher sind dabei, es herauszufinden: Sie können aus den Gehirnströmen Wörter auslesen und hörbar machen. Das soll es Menschen, die nach einem Schlaganfall oder durch eine Lähmung nicht mehr sprechen können, ermöglichen zu kommunizieren.

Schläfenlappen

Die Wissenschaftler der Universität des US-Bundesstaates Kalifornien in Berkeley (UC Berkeley) um Brian Pasley haben mit Hilfe von Elektroden den Schläfenlappen belauscht. In diesem Teil des Gehirns sitzen unter anderem der primäre auditorische Cortex und das Wernicke-Sprachzentrum, das für das Sprachverständnis wichtig ist. Dazu haben die Wissenschaftler 15 Patienten 256 Elektroden eingesetzt, die die Aktivitäten in diesem Teil des Gehirns aufzeichnen.

hier ein video. kanns leider nicht einbetten:

Rekonstruktion gehörter Wörter aus Hirnströmen - Video.Golem.de

Pasley spielte den Testpersonen jeden Tag fünf bis zehn Minuten lang einzelne Worte oder ganze Sätze vor und zeichnete gleichzeitig die Aktivitäten in Gehirn auf. Anschließend ließ er einen Computer Gespräche und Hirnmuster vergleichen. Mit einer Genauigkeit von 20 bis 30 Prozent könnten sie aus dem Hirnstrom extrahieren, welche Wörter der Proband gehört habe, schreiben die Wissenschaftler in der Open-Access-Fachzeitschrift Plos Biology.

Wörter aus Gehirnströmen

Im nächsten Schritt soll es darum gehen herauszufinden, ob sich auch Wörter extrahieren lassen, wenn die Testperson an diese denkt. Es gebe Hinweise, dass das Hören eines Wortes und die Vorstellung eines Wortes in ähnlichen Regionen des Gehirns stattfindet, sagt Pasley. "Wenn man die Beziehung zwischen Gehirnaufzeichnungen und Ton gut genug versteht, könnte man entweder den Ton, an den diese Person gerade denkt, synthetisieren oder die Worte über ein Interface einfach ausgeben."

Das sei ein wichtiger Schritt für Patienten, die nach einem Schlaganfall oder infolge einer Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) nicht mehr sprechen können, sagt Pasleys Kollege Robert Knight, Psychologe und Neurowissenschaftler an der UC Berkeley. "Wenn man die vorgestellte Konversation rekonstruieren könnte, wäre das für tausende Menschen von Nutzen." Daneben lasse sich aus diesen Experimenten viel über das Gehirn und wie es Sprache verarbeitet lernen.

Machbarkeit 2010 bewiesen

2010 war es einer Gruppe von Forschern an der Universität des US-Bundesstaates Utah in Salt Lake City gelungen, Signale aus dem Gehirn in Wörter zu übersetzen. Sie hatten den Patienten allerdings nur 16 Mikroelektroden ins Gehirn implantiert. Das Ganze sei nicht mehr als ein Beweis der Machbarkeit, erklärte seinerzeit Projektleiter Bradley Greger.

Im vergangenen Jahr konnte ein Team der UC Berkeley rudimentär ein Bild rekonstruieren, das eine Testperson zuvor gesehen hatte. Allerdings lasen die Forscher um Jack Gallant dazu nicht die Nervenzellen aus, sondern analysierten die Veränderungen im Blutfluss der für das Sehen zuständigen Hirnareale mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI).

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quelle: golem.de

mehr dazu:

Science decodes 'internal voices'

und passend dazu (paar monate älter, aber schaut euch das video an):
Gerade gesehenes Videobild aus dem Hirn auslesen

Gerade gesehenes Videobild aus dem Hirn auslesen

Wissenschaftlern ist erstmals gelungen, durch aufwendige Echzteit-Gehirnscans ein vom Betrachter gerade angeschautes Video näherungsweise zu rekonstruieren oder zu erwahnen. Der Weg zu neuen Hirn-Maschine-Schnittstellen ist jedoch noch weit.

Einem Menschen ins Gehirn schauen und sehen, was er sieht: Das Ziel ist noch nicht ganz erreicht, Forscher vom Gallant Lab der UC Berkeley sind ihm aber einen Schritt näher gekommen. Sie haben es geschafft, aus feinen Veränderungen im Blutfluss der für das Sehen zuständigen Hirnareale zumindest näherungsweise die Videobilder zu erahnen oder zu rekonstruieren, die die Testperson gerade auf einem Bildschirm gesehen hatte.

kann video leider nicht einbetten:
Videobild aus Gehirnaktivität rekonstruiert - Video.Golem.de

Dabei wurden die Gehirne der drei Testpersonen - allesamt Teammitglieder - mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) beobachtet. Die Forscher haben sich dazu selbst stundenlang reglos in die Röhre gelegt. Aus den gesammelten Daten wurden Computermodelle des Hirns entwickelt und schließlich gelang es den Forschern, die dynamischen Bilder zu konstruieren. Dabei ist zwar nicht immer zu erkennen, um was es sich gerade handelt, im Vergleich zum Originalbild fällt aber eine teils recht große Ähnlichkeit auf.

Ein echtes Auslesen des Bildes passiert bei dem Hirnscan nicht. Dazu müssten die Neuronen selbst ausgelesen werden, was bisher nicht möglich ist. Stattdessen wurde ausgenutzt, dass die neuronale Aktivität eng mit dem Sauerstoffgehalt in den roten Blutkörperchen zusammenhängt (BOLD-Kontrast) und dieses sich wiederum auf das resultierende fMRT-Bild auswirkt und somit messen lässt.

Es wurden mehrere kleine Hirngewebeareale untersucht, jedes dieser etwa 2 x 2 x 2,5 mm großen Voxel repräsentiert die gesammelte Aktivität von Hunderttausenden von Neuronen. Die Forscher beobachteten mit einem festen Bestand an Videos, welche Auswirkungen diese auf die einzelnen Voxel hatten, um dann mit 18 Millionen Sekunden - 5.000 Stunden - zufällig ausgewähltem Youtube-Videomaterial und mit den entwickelten Filtern abzuschätzen, was in den jeweiligen Bereichen zu sehen sein könnte.

Da nicht das Bildsignal zur Verfügung steht, sondern nur Aktivität in den Voxeln mit Bekanntem verglichen wird, ist es also auch nur möglich, Bekanntes mit Ähnlichem zu vergleichen und daraus auf das Bild zu schließen. Das erklärt auch, warum in dem Demonstrationsvideo zwar im "ausgelesenen" Bild die Form eines Menschen zu sehen ist, die Details - etwa die Kleidung oder die Haarfarbe - aber nicht zum Original passt. Dennoch funktioniere der Decoder erstaunlich gut, resümieren die Forscher in ihrer Beschreibung.

Die Forscher sehen ihre Ergebnisse als ersten Beweis, dass auch dynamische visuelle Erfahrungen aus sehr langsamer Hirnaktivität mittels fMRI wiederhergestellt werden können. Die neuen Computermodelle der Hirnaktivität könnten zu neuen Erkenntnissen in der Hirnforschung führen. Entsprechende Hirnscanner könnten bei der Diagnose von Erkrankungen wie etwa Gehirnschlag oder Demenz sowie für medizinische Behandlungsmethoden eingesetzt werden.

Ebenfalls für die Zukunft denkbar wäre der Einsatz in einem neuartigen "Brain Machine Interface" (BMI) oder auch "Brain Computer Interface" (BCI). Ob sich irgendwann auch Träume oder Gedanken mittels externer Messung erahnen lassen, können die Forscher selbst nicht sagen. Undenkbar sei es nicht. Allerdings sei noch nicht bekannt, ob Träume und Vorstellungsvermögen im Gehirn funktionell ähnlich der Wahrnehmung gestaltet sind. Wenn es der Fall wäre, dann könnte auch hier Hirnaktivität decodiert werden, so die Forscher.

quelle: golem.de

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das klingt nach teurer forschung, diese ganzen kenntnisse zu erlangen. ist natürlich selbstverständlich, dass man bei diesem vorhaben nur an menschen denkt, "die nach einem Schlaganfall oder durch eine Lähmung nicht mehr sprechen können"

"Im nächsten Schritt soll es darum gehen herauszufinden, ob sich auch Wörter extrahieren lassen, wenn die Testperson an diese denkt"
bin ich mal gespannt, in welchem jahr die soweit sind, dass sich wörter bzw das denken per se in das gehirn induzieren lässt...

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minussrator · 3. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

is ja echt eine gute und schlechte nachricht zugleich. Die gedanken sind doch das einzige was einem selbst gehört und man selbst darüber verfügen kann. damit wird das ein wenig zerstört

trotzdessen eine echt super sache wie ich finde

Das Omen · 3. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

Heißt in einigen Jahren werden stumme Menschen sprechen können und wir haben neue Kriegswaffen, Verhör- und Foltermethoden, ... Wie immer eben.

"Die Gedanken sind frei, keiner kann sie erraten" war mal.

CarloCoxxNutten · 4. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

Ganz tolle Sachen, in meiner Arbeit habe ich auch teilweise mit Taubstummen zu tun und wir verstehen uns per Handzeichen. Muss ich dann (oder er) in 30 Jahren einen Computer bei mir haben, dass ich 100% weiß was mein sprachbehinderter kollege gegenüber von mir möchte? Der gläserne Mensch wird immer realistischer

MArc · 4. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

Nun, das mag wohl nur fuer Leute hilfreich sein, die bereits wissen, wie sich Woerter anhoeren. Wenn man nie gewusst hat (von Geburt an Taub), wie Woerter sich aussprechen, hat denen Ihr Hirn vermutlich fuer die innere Stimme eine komplett andere Sprache entwickelt, die kein Mensch entschluesseln kann (vorerst zumindest).

Aber selbst da erhebe ich Zweifel, denn:

1.) Wie ich das als alter Elektroniker interpretiere, leitet das Ohr die Frequenzen wie ein Sensor einfach an einen Input-Eingang ins Hirn rein. Das Hirn leitet das vermutlich an den passenden Hirnlappen weiter - filtert es vielleicht auch noch 1-2x. Das kann man vermutlich so sehen, wie eine art kleiner Schaltkreis, wo der Sensor und der Controller durch mehrere Filtersystem verbunden ist. Weil die nun auf dem Weg dorthin das Signal mitsniffen bzw. halt einfach auslesen und ein gedaempftes Signal 'einfangen', brauchen die doch nicht denken, dass, wenn der Controller an sich an ein Wort denkt, das dann auf der selbe Leitung zum mitlesen ausgegeben wird. Zumal das Ohr doch nur ein Output liefert - waere sehr unlogisch, wenn der Controller die selbe Leitung nutzt, um Gedanken auszugeben, da 1. wohl unnoetig und 2. schaedlich, sofern der Leiter nicht multichannel kann

2.) Nehmen wir an, 1.) ist falsch und der Controller gibt tatsaechlich gedachtes in lesbarer Form irgendwo aus: Wenn ein Mensch durch ein Hirnschlag oder whatever nicht mehr sprechen kann, dann kann das ja vermutlich viele Ursachen haben. Ich bin einfach mal so mutig und sage, dass der passende Hirnlappen deaktiviert bzw. geschaedigt wird. Wenn das der Fall ist, wie wollen die dann dort ein Signal auslesen? Ich mein, wuerde der Zungen-Muskel oder 'schlich' ein paar Nerven vom Hirn zu den Gesichtsmuskeln 'gebrochen' sein, dann mag das Verfahren durchaus sinn machen, aber letzteres ist doch aeusserst selten der Fall, oder? Sprich ich glaube, dass Leute, die durch ein Schlaganfall nicht mehr sprechen koennen, schlicht auch ihre innerliche Stimme verlieren und man dadurch auch nichts mitlesen kann.

Allen in allem finde ich es doch schon sehr optimistisch, wenn man glaubt, dass man nur durch das Einfangen von Frequenzen vom Ohr her an einer Stelle im Hirn, das 'Denken' an sich auslesen zu koennen.

enteka · 4. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

Nunja, man kann alle Innovationen irgendwie für Schlechtes gebrauchen.
Ich würde prinzipiell erstmal davon ausgehen, dass die Priorität wirklich auf dem Helfen von eingeschränkten Personen liegt. Daraus irgendwelche militärischen Mittel zu bauen, dürfte sicher noch länger dauern.
Ich behaupte auch, dass es noch viele viele Jahre dauern wird, bis wirklich alle Gedanken erfasst werden können (wenn überhaupt).

Geda · 4. Februar 2012

AW: Wissenschaftler lesen Gehörtes und Bild aus Hirnströmen

- Albert Einstein

So ist es nunmal. Es ist aber schön zu sehen, dass die Menschheit voranschreitet und immer mehr Dinge möglich werden.

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