Gehirnimplantat lässt stumme Frau wieder sprechen

Im Jahr 2005 hatte Ann einen Hirnschlag. Seitdem ist sie nicht nur gelähmt: Sie verlor auch ihre Fähigkeit zu sprechen. Jetzt hilft sie als Studienteilnehmerin Forschern bei der Entwicklung von Brain-Computer Interfaces (BCI). Damit soll nicht nur sie, sondern auch andere Betroffene in Zukunft wieder sprechen können.

Auf dem Weg dahin ist einem Forschungsteam jetzt ein wichtiger Schritt gelungen, berichtet Nature. Dadurch rückt das „Sprechen per Gedanken“ in greifbare Nähe.

Älteres BCI brauchte 20 Sekunden für einen Satz

Damit das BCI funktioniert, hat Ann ein Gehirnimplantat bekommen. Dieses ist so dünn wie Papier und enthält 253 Elektroden. Es kann die Aktivität von tausenden Neuronen gleichzeitig überwachen.

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Bei bisherigen BCIs, die Ann zuvor getestet hatte, wird der gesamte Satz, an dem der Patient denkt, erfasst und dann durch einen Lautsprecher wiedergegeben. Das kann bis zu 20 Sekunden dauern – ein natürliches Gespräch ist damit nicht möglich.

Beim neuen BCI werden die Worte einzeln erkannt und innerhalb von 3 Sekunden in Sprache ausgegeben. Die Forscher haben ein Beispiel dafür in diesem Video veröffentlicht:

Deutlicher Fortschritt

Natürlich klingt die Sprachausgabe noch nicht, aber im Vergleich zu den bis zu 20 Sekunden Wartezeit des früheren BCI, ist es ein großer Fortschritt. Die Forscher räumen selbst ein, dass die Verzögerung immer noch groß ist, auch für die „sprechende“ Person. Alles, was länger als 50 Millisekunden sei, würde laut anderen Studien als verwirrend empfunden werden.

Dennoch sei es ein wichtiger Schritt. Das aktuelle BCI könne zwischen 47 und 90 Wörtern pro Minute produzieren. Zum Vergleich: Normale Gespräche finden üblicherweise mit einer Geschwindigkeit von 160 Wörtern pro Minute statt. Mit mehr Sensoren am Gehirnimplantat, einer höheren Präzision und einer verbesserten Signalverarbeitung, werden solche BCIs in Zukunft aber viel besser werden.

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BCI hat mittels KI gelernt

Wie bei anderen Gehirnchips auch, musste dieses BCI erst die Neuronen der Patientin kennenlernen. Für die Studie wurden nacheinander 100 Sätze auf einem Bildschirm angezeigt, die aus 1.024 Wörtern und 50 Phrasen bestanden. Ann hat die Sätze laut in ihrem Kopf vorgelesen. Das BCI hat die dabei aktivierten Neuronen alle 80 Millisekunden aufgezeichnet.

Ein KI-Algorithmus hat diese dann mit den Wörtern am Bildschirm verbunden. So weiß das BCI, welche Gedanken als welche Wörter ausgegeben werden sollen. Die zu hörende, künstliche Stimme wurde Anns tatsächlicher Stimme nachempfunden. Dazu wurde eine KI mit ihrem Hochzeitsvideo trainiert, das vor ihrem Unfall aufgezeichnet wurde.