ALS-Patient mit Chip im Gehirn beginnt zu singen

Das Gerät basiert auf einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) mit künstlicher Intelligenz und übersetzt die Gehirnsignale des Mannes nahezu augenblicklich in Worte, kann den Ton seiner Stimme beispielsweise beim Stellen von Fragen ändern, die gewünschten Worte betonen und ihm ermöglichen, in drei verschiedenen Tonhöhen zu murmeln.

Das System rekonstruiert die Stimme in Echtzeit, indem es die elektrische Gehirnaktivität analysiert, die als Reaktion auf die Sprechversuche des Benutzers auftritt. Zum ersten Mal ist es einem Gerät dieser Art gelungen, nicht nur Wörter, sondern auch emotionale und semantische Elemente wie Intonation, Betonung und Tonhöhe in natürlicher Sprache zu imitieren. In der im Fachmagazin Nature veröffentlichten Studie spricht das Gerät die Wörter, die der Benutzer sagen möchte, mit einer künstlichen Stimme nur 10 Millisekunden, nachdem die Gehirnsignale empfangen wurden. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber früheren BCI-Systemen, die die Reaktion entweder um drei Sekunden verzögerten oder darauf warteten, dass der Benutzer den ganzen Satz beendete. „Dies war der heilige Gral der Gehirn-Computer-Schnittstellen für Sprache“, sagte Christian Herff, ein Computerneurowissenschaftler an der Universität Maastricht, der nicht an der Studie beteiligt war.

ECHTZEIT-AUDIOCODIERUNG

Der 45-jährige Mann in der Studie hatte aufgrund von ALS (Amyotrophe Lateralsklerose), einer Motoneuron-Erkrankung, die die Nerven betrifft, die die Muskelbewegungen steuern, seine Sprechfähigkeit weitgehend verloren. Er konnte zwar Laute bilden und Wörter formen, aber seine Sprache war sehr langsam und unverständlich. Fünf Jahre nach Ausbruch der Krankheit unterzog er sich einer Operation, bei der ihm 256 Silikonelektroden in den für die Bewegung zuständigen Bereich seines Gehirns implantiert wurden. Die Neurowissenschaftlerin Maitreyee Wairagkar von der University of California, Davis, und ihr Team entwickelten Deep-Learning-Algorithmen, um alle 10 Millisekunden Signale seines Gehirns zu erfassen. Dieses System entschlüsselt direkt die Laute, die der Mann zu erzeugen versucht, nicht, was er meint. Dies ermöglicht eine natürlichere und freiere Kommunikation, ohne an einen vordefinierten Wortschatz gebunden zu sein. „Wir kommunizieren nicht immer mit Worten. Wir verwenden Ausrufe und nicht-wortgebundene Lautäußerungen. Deshalb haben wir einen völlig uneingeschränkten Ansatz gewählt“, sagte Wairagkar. Anhand von Aufnahmen von Interviews, die der Mann vor Ausbruch der Krankheit gegeben hatte, personalisierte das Team die künstliche Stimme, sodass sie wie seine eigene klang.

UNEINGESCHRÄNKTE MEINUNGSFREIHEIT

Der Patient konnte Wörter buchstabieren, offene Fragen beantworten und sogar einige neue Wörter verwenden, auf die der Algorithmus zuvor nicht trainiert worden war. Der Mann sagte, dass ihn die künstliche Stimme, die seine Worte sprach, „glücklich machte“ und dass sie „wie seine echte Stimme klang“. In weiteren Experimenten konnte das System zwischen einer Frage und einer einfachen Aussage in einem Satz unterscheiden. Es verstand auch, welches Wort er im selben Satz betonte und passte seinen Ton entsprechend an. „Dieses System hat das Potenzial, ein Werkzeug für den Alltag zu werden“, sagte die Neuroingenieurin Silvia Marchesotti von der Universität Genf und betonte, dass die Technologie zunehmend alltagstauglich werde.

WAS IST EINE GEHIRN-COMPUTER-SCHNITTSTELLE (BCI)?

Diese Technologie, in den Medien als Gehirnchip bezeichnet, wird als „Brain-Computer-Interface“ (BCI) bezeichnet. Was ist ein Brain -Computer-Interface und wie funktioniert es? Forscher und Unternehmen entwickeln kreative Lösungen, um das menschliche Gehirn mit externen Geräten zu verbinden. Im Bereich BCI werden außergewöhnliche Fortschritte erzielt. Kurz gesagt umfasst dieses Technologiefeld alle Methoden, die entwickelt wurden, um das menschliche Gehirn mit einem Computer zu verbinden. Die Forschung zu dieser Technologie begann in den 1970er Jahren unter der Leitung des Neurologen Dr. Jacques J. Vidal vom Brain Research Institute der University of California. Forscher benötigten mehr als 20 Jahre, um die grundlegende technologische Infrastruktur zu schaffen, die für den Fortschritt ausgehend von Tiermodellen erforderlich war. Mitte der 1990er Jahre wurden die ersten BCI-Prototypen in menschliche Schädel implantiert. Forscher, die Menschen helfen möchten, besser zu kommunizieren und ihre kognitiven Fähigkeiten zu steigern, haben im Laufe der Jahre sowohl invasive als auch nicht-invasive BCI-Techniken entwickelt. Während Chips, die chirurgisch ins Gehirn implantiert werden, als invasiv gelten, werden Technologien, die keinen chirurgischen Eingriff erfordern, als nicht-invasive Methoden bezeichnet.