Fragen & Antworten

Blinde sollen wieder sehen – was Bremer KI-Forscher möglich machen

Es klingt wie Science-Fiction: Bremer Forscher arbeiten daran, dass Blinde Seheindrücke bekommen. Wirklichkeit werden soll das mit Künstlicher Intelligenz und Hirn-Implantaten.

Video vom 23. Februar 2021
Der Physiker David Rotermund arbeitet an einem Mikroskop.
Bild: Radio Bremen
Blinde sollen sehen können – das klingt wie ein Wunder. Was haben die Forscher vor?
Tatsächlich geht es nicht darum, dass Blinde wieder so sehen können, wie normalsichtige Menschen. Vielmehr arbeiten die Physiker David Rotermund und Udo Ernst von der Universität Bremen daran, Blinden Seheindrücke zu ermöglichen, vielleicht Umrisse wahrzunehmen. Blinde sollen sich dadurch in neuen, unbekannten Räumen orientieren können: zum Beispiel eine Tür wahrnehmen oder einen Stuhl. Vielleicht auch eine Tasse erkennen und diese mit der Hand greifen können. Dafür haben die Bremer Projektleiter Rotermund und Ernst zusammen mit Forschern aus Bochum, aus Lausanne in der Schweiz und dem kanadischen Montreal das Projekt "I See" gestartet.

Obwohl es sich wie Science-Fiction anhört, kann es Realität werden.

David Rotermund, Projektleiter "I See" Universität Bremen
David Rotermund
Physiker David Rotermund will erreichen, dass sich Blinde in neuen Räumen besser orientieren können. Bild: David Rotermund
Wie soll das denn funktionieren?
Das Grundprinzip geht so: Eine Kamera des blinden Menschen filmt die Umgebung und nimmt zum Beispiel eine Tür auf. Die Kamera schickt die Bilder an einen Computer. Der Computer hat schon vorher gelernt, solche Bilder in die Sprache des Gehirns zu übersetzen – also in elektrische Impulse mit einem bestimmten Muster. Und diese Impulsmuster werden über ein sogenanntes Brain-Computer-Interface zum Gehirn geleitet. Dort stimulieren sie dann genau die Stellen oder besser Nervenzellen, die normalerweise Kurven und Linien darstellen. Der Mensch sieht dann nicht im eigentlichen Sinn eine Tür, die Augen können ja nicht sehen – aber er nimmt im Gehirn Linien wahr, die einen Türrahmen bilden.
Brain Computer Interface KI AhaTür! Mensch nimmt Strichmuster im Gehirn als "Tür" wahr. Implantat aktiviert Nervenzellen für die Striche Handy sendet Muster an Implantat im Gehirn Künstliche Intelligenz im Handy erkennt Strichmuster Kamera filmt Tür
Das klingt kompliziert: Was ist denn ein Brain-Computer-Interface?
Ein Brain-Computer-Interface oder eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle verbindet das menschliche Gehirn mit einem Computer. Ziel ist es, die Gehirnströme, kleine elektrische Impulse, zu messen und zu interpretieren – oder auch solche Impulse gezielt auszulösen.
Ein Mann trägt eine Gummikappe auf dem Kopf, an der mehrere Elektroden befestigt sind und betrachtet einen Bildschirm, auf dem versciedene farbige Punkte zu sehen sind.
Misst man von außen Gehirnströme, nutzt man meistens ein EEG mit einer Kappe, an der viele Elektroden montiert sind. Bild: DPA | Thomas Morel-Fort

Das ist auf zwei Arten möglich: invasiv und nicht-invasiv. Bei der nicht-invasiven Methode sind die Daten nicht so aussagekräftig, weil von außen gemessen wird. Man nutzt als Schnittstelle, also als Verbindung, meistens ein EEG (Elektroenzephalografie). Zahlreiche Elektroden werden an einer Kappe – ähnlich einer Badekappe – angebracht, die der Mensch aufsetzt, gemessen wird durch die Kopfhaut und Schädeldecke.

Invasiv dagegen bedeutet, die Elektroden werden mit einer Operation direkt ins Gehirn implantiert. Auf diese Weise kann man die Impulse der Nervenzellen sehr gut messen, aber es sind wie bei jedem medizinischem Eingriff Komplikationen möglich.

Mit einem Brain-Computer-Interface kann man also sowohl messen, als auch das Gehirn gezielt stimulieren und gewünschte Nervenimpulse auslösen. Die Bremer Forscher wollen hiermit genau die Hirnregion stimulieren, die zum Beispiel Linien oder Kurven sichtbar macht.

Was ist ein Brain-Computer-Interface?

Video vom 23. Februar 2021
Brain-Computer-Interface
Bild: Radio Bremen
Die Bremer Forscher wollen also direkt ans Gehirn?
Ja. Die Bremer Wissenschaftler bringen die Schnittstelle direkt am Gehirn an. Genauer: Die Elektroden werden an ganz bestimmte Punkte in der Sehhirnrinde platziert. "In der Sehhirnrinde laufen alle Informationen vom Auge ein, wenn das Auge noch funktioniert", erklärt Udo Ernst. "Bei Blinden, bei denen das beschädigt ist, müssen wir direkt an die Sehhirnrinde ankoppeln." Laut David Rotermund hat es bereits ähnliche Ansätze gegeben, durch die blinden Menschen primitive Seheindrücke ermöglicht wurden.
Udo Ernst
Laut Physiker Udo Ernst gehen die Bremer Forscher einen neuen Schritt im Bereich der KI-Forschung für Blinde. Bild: Udo Ernst
Was ist neu am Bremer Forschungsprojekt?
Bei bisherigen Projekten haben die ins Gehirn eingefütterten elektrischen Impulse grelle Lichtpunkte erzeugt, sogenannte Phosphene, wie die Wissenschaftler erklären. Das passiert mithilfe der Schnittstelle, also mit den Elektroden, kleinen Metallstäbchen oder -plättchen, die direkt mit den Nervenzellen des Gehirns verbunden sind. "Jede dieser Elektroden erzeugt genau einen Lichtpunkt", sagt Ernst. Das bedeute: Je genauer ein Bild sein soll, eine Linie zum Beispiel, desto mehr Punkte muss man auslösen und desto mehr Elektroden braucht man. Und mit jeder Elektrode fließt mehr Strom durchs Gehirngewebe – das sei schädlich. Das Gehirn könne resistent gegen die Ströme werden und dann müsse man die Stärke immer weiter erhöhen.

Die Bremer Forscher setzen jetzt bei diesem Problem an: Sie wollen die Punkte durch Linien und Kurven ersetzen. "Das erlaubt es uns, Elektroden einzusparen, wenn man mit einem einzigen Impuls gleich eine ganze Linie sieht", erklärt Ernst. "Wenn wir gucken, was das Gehirn macht und darauf gezielt reagieren, können wir sogar die exakte Ausrichtung einer Linie vorgeben."
Wann ist es soweit, wann werden Blinde davon profitieren können?
Das dauert laut Aussagen der Wissenschaftler von der Uni Bremen noch lange. "Zehn bis 15 Jahre", sagt Udo Ernst.
Ein Mann mit einer Virtual-Reality-Brille, einer Brille mit Bildschirmen vor den Augen.
Normalsichtigen Menschen werden mit einer VR-Brille Strichzeichungen gezeigt. Sie sollen sagen, ob ihnen diese Striche ausreichen, um sich im Raum zu orientieren. Bild: Imago | Westend61
Warum dauert das so lange?
Bevor eine Brain-Computer-Schnittstelle, hier kann man auch von einer Sehprothese sprechen, in Betrieb geht, sind viele Forschungsschritte nötig. In den nächsten drei Jahren sollen überprüft werden, ob die Idee wirklich realisiert werden kann. Dazu werden viele Daten gesammelt.

  • Die Schweizer Forscher fragen Blinde, welche Objekte für sie überhaupt wichtig sind. Ist es der Türrahmen, ein Tisch oder die Tasse? Mit normalsichtigen Versuchspersonen wird die Sehprothese in einer "Virtual Reality"-Umgebung simuliert: Den Menschen wird eine Strichzeichnung gezeigt, dann wird geprüft, ob ihnen das überhaupt ausreicht, um sich im Raum zurechtzufinden.
  • In einem Kernspintomographen in Lausanne werden an Probanden Gehirnmessungen durchgeführt. Die Forscher finden heraus, welche elektrischen Impulse die Objekte überhaupt auslösen. Wie sieht das Impulsmuster im Gehirn aus für einen Tisch, wie für einen Türrahmen?
  • "Wir brauchen auch Experimente an Tieren", erklären die Wissenschaftler. In Bochum wird an Mäusen untersucht, wie das Implantat mit möglichst geringen Stromstärken möglichst viel Information in das Gehirn einbringen kann. Darauf aufbauend und ergänzend werden in Montreal zwei Affen Elektroden implantiert und elektrische Impulse ausgelöst. Die Affen sollen dann anzeigen, ob sie zum Beispiel Linien oder Kurven wahrnehmen.

Nach den ersten Erfolgen werden viele weitere Schritte notwendig sein, bevor am Ende ein Produkt steht, das wirklich eingesetzt werden kann. Elektroingenieure arbeiten mit daran, dass die Prothese robust und langlebig ist und im Salzwasser des Gehirns nicht zerstört wird. Besonders aufwendig ist den Bremer Forschern zufolge die Übertragung der Technologie vom Tierversuch zum Menschen. Sicherheitsprüfungen am Implantat dauern demnach dann noch bis zu zehn Jahre. Es wird also noch einige Zeit vergehen, bevor einem Blinden eine Bremer Schnittstelle, eine Sehprothese, implantiert werden kann.

Autorin

  • Birgit Reichardt

Dieses Thema im Programm: buten un binnen, 23. Februar 2021, 19:30 Uhr