© Yukiyasu Kamitani

Interview
07/03/2014

"Wir können Videos von Träumen erstellen"

Yukiyasu Kamitani kann allein durch die Messung des Blutflusses im Gehirn feststellen, was ein Mensch gerade sieht. Das funktioniert auch im Schlaf.

von Markus Keßler

Japanische Forscher haben es vor einigen Jahren geschafft, durch die Analyse von funktionellen Magnetresonanztomografie-Aufnahmen (fMRI) herauszufinden, was Probanden gerade sehen. Für einfache Formen und Buchstaben funktioniert das Verfahren bereits erstaunlich gut. Jetzt arbeiten Yukiyasu Kamitani und sein Team am Department of Neuroinformatics der ATR Brain Information Communication Research Laboratory Group in Kyoto daran, herauszufinden, was Menschen sehen, während sie träumen. Wie das funktioniert, erklärt der Wissenschaftler im futurezone-Interview.

futurezone: Sie machen Schlagzeilen als der Mann, der Träume lesen kann. Ist das eine Übertreibung?
Kamitani: 2013 haben wir gezeigt, wie die Inhalte von Träumen dekodiert werden können. Wir haben Software, die Stimulus-induzierte Gehirnaktivität analysieren kann.

Wie funktioniert das genau?
Wir überwachen die Hirnaktivität von Probanden während des Schlafs mittels fMRI. Die Versuchspersonen werden aufgeweckt und gefragt, was sie geträumt haben. So lernen Algorithmen, die Trauminhalte auf Basis der gemessenen Hirnaktivität zu bestimmen und in Form von wahrscheinlich passenden Begriffen auszugeben.

Das klingt einfach, aber wie gut funktioniert es tatsächlich?
2013 haben wir auf Basis der von den Probanden nach dem Aufwecken genannten Hauptwörter Objekte und Situationen aus den Träumen bestimmt, auf einer Wahrscheinlichkeitsbasis. Jetzt arbeiten wir daran, über Verben auch Aktivitäten zu entschlüsseln. Daran tüfteln wir noch. Für einige einfache Verben funktioniert es aber schon recht gut, etwa bei “sagen” oder “laufen”.

In früheren Experimenten ist es Ihnen gelungen, anhand der Hirnaktivität die Bilder, die Patienten sehen, tatsächlich am Computer zu rekonstruieren. Geht das auch mit Träumen?
Seit 2008 können wir Bilder rekonstruieren, die wache Personen gerade sehen. Bei einfachen Formen klappt das gut. In Träumen funktioniert das noch nicht. Bei der Rekonstruktion gesehener Bilder sind die Augen auf einen Punkt fixiert. Träume hingegen sind sehr dynamisch. Bei Träumen können wir derzeit nur versuchen, Begriffe, die wir identifizieren, mit passenden Bildern aus dem Internet zu visualisieren.

Welche Limitationen ergeben sich durch das fMRI-Verfahren ?
Mit fMRI können wir zwei Bilder pro Sekunde machen. Das ist sehr langsam. Zudem handelt es sich um eine indirekte Methode, die nur den Blutfluss im Gehirn misst und daraus auf Aktivität schließt. Das ist nicht sehr detailliert. Mit einer besseren Methode könnten wir die Ergebnisse deutlich verbessern, aber derzeit gibt es keine nicht invasiven Techniken, die in Frage kommen.

Ist die direkte Aufzeichnung eines Traums als Video überhaupt vorstellbar?
Mit Methoden, die bessere zeitliche und räumliche Auflösungen erlauben, können wir theoretisch Videos von Träumen erstellen. Wir haben aber noch nicht die nötigen Mittel. Mit einer Elektrokortikographie, die Implantate im Gehirn erfordert, sind bessere Ergebnisse möglich, aber es gibt selten Gelegenheit, mit entsprechenden Probanden zu arbeiten.

Wie detailreich könnte ein solches Traumvideo sein?
Es ist schwer zu sagen, wie exakt ein Traum in Videoform rekonstruiert werden kann. Mit gängiger Technik ist es jedenfalls ziemlich schwer.

Können Sie ein Beispiel für die aktuellen Grenzen der Technik geben?
Wir können sagen, dass eine Katze und ein Hund im Traum vorkommen. Dass eine Verfolgung stattfindet, können wir eventuell auch noch herausfinden, aber wer wen jagt, ist kaum bestimmbar. Es könnte ja auch die Katze den Hund jagen. Es sollte aber machbar sein, das besser zu entschlüsseln.

Und wo liegen die theoretischen Grenzen?
Ein hoher Detailgrad ist möglich, Veränderungen in Form, Farbe oder Kontrast sind recht einfach zuzuordnen. Auch semantische Inhalte können detailliert dekodiert werden. Es gibt eine Grenze, die von der Qualität des Decoders abhängt, der die Hirnaktivität analysiert. Durch Training werden die Algorithmen aber besser. Ob es eine unüberwindbare Limitationen gibt, wissen wir nicht genau. Jedes Haar eines Hundes in einem Traum werden wir wohl nicht dekodieren können.

Es sollte sich also wie beim Sehen auch für das Träumen eine Möglichkeit zur direkten Visualisierung in Form von Bildern finden lassen?
Es könnte sein, dass wir herausfinden, dass träumen überhaupt nicht wie ein Film funktioniert und wenig mit Sehen zu tun hat. Es könnte eher wie eine erzählte Geschichte funktionieren, über Sprache zum Beispiel. Dann könnten wir nur begrenzt Bilder rekonstruieren. Das wissen wir aber noch nicht.

Wie wollen Sie zu den notwendigen genaueren Daten kommen?
Wir arbeiten mit Neurochirurgen, die mit Gehirnimplantaten arbeiten und hoffen, von dort genauere Daten zu bekommen. fMRI ist zwar die beste non-invasive Methode, in Wahrheit sieht man dort aber nicht allzuviel. In zehn Jahren haben wir vielleicht bessere Methoden.

Wie genau können Sie Bilder heute direkt rekonstruieren, die Probanden im wachen Zustand sehen?
Wir können einfache Formen dekodieren, wie Rechtecke und Kreise oder Buchstaben.

Wie aufwändig ist das?
Wir haben modulare Dekodierung verwendet, bei der einzelne Decoder je einen Teil des Bildes rekonstruieren, etwa jeweils einen Pixel oder eine Gruppe von mehreren Pixeln. Die Decoder sagen auf Basis der Hirnaktivität und ihrer erlernten Fähigkeiten die Kontrastwerte der Pixel vorher. So entsteht ein Bild mit einer Auflösung von derzeit 10 x 10 Pixel. Das funktioniert für beliebige Bilder. Mit den hundert Pixeln sind 2 hoch 100 Bilder möglich. Das System funktioniert für jedes gesehene Bild, wenn auch nicht perfekt.

Woran arbeitet Ihr Team gegenwärtig?
Wir haben in den vergangenen Jahren mehrere Papers veröffentlicht. Derzeit gibt es keine Schlaf-Experimente, da wir kein ausreichendes Budget haben. Es gibt aber immer noch eine Menge Daten zu analysieren. Wir arbeiten daran, herauszufinden, wie sich das Träumen zum Sehen oder der Vorstellung eines Motivs bei geschlossenen Augen verhält. Diese verschiedenen Zustände wollen wir vergleichen.

Wie sehen die nächsten Schritte aus?
Wir hoffen, unsere Arbeit weiterführen zu können, mit Schlafforschung. Wir würden gerne mit längeren Schlafphasen arbeiten. Bisher wurden die Probanden sehr häufig aufgeweckt. Wir würden aber auch gerne lange Messungen durchgängiger Hirtnaktivität im Schlaf vornehmen. Dadurch sollte es möglich sein, Objekte besser zu dekodieren. Es gibt etwa eine ungeheure Menge an Bilddaten im Internet, die wir für unsere Arbeit verwenden können, etwa um die Rekonstruktionen zu bebildern.

Welche Erkenntnisse versprechen Sie sich von Ihrer Arbeit?
Träumen ist relativ schlecht erforscht. Wir müssen mit einem Dekoder erst feststellen, ob eine Person träumt. Es ist auch noch immer unklar, wie lange Menschen eigentlich träumen.

Welche Fragen interessieren Sie besonders?
Wir möchten auch Informationen über den Alltag der Probanden sammeln, um festzustellen, ob die Erlebnisse am Tag die Träume beeinflussen. Warum Menschen träumen ist ebenfalls noch nicht geklärt.

Haben Sie eine Theorie?
Ich bin nicht sicher, weshalb wir träumen. Viele Theorien sind vielversprechend. Wahrscheinlich ist träumen essentiell für das Lernen und die Formierung von Erinnerungen. Auch ein Einfluss auf Stimmung und Emotionen ist wahrscheinlich, aber eigentlich müssen wir zugeben, dass wir es nicht genau wissen. Unsere Methode könnte ein gutes Werkzeug sein, diese Fragen zu klären.

Ein Video eines ersten Versuches, eine Traumrekonstruktion mit Bildern aus dem Netz zu visualisieren gibt es hier: