{"id":380115,"date":"2022-07-05T18:09:52","date_gmt":"2022-07-05T16:09:52","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=380115"},"modified":"2022-07-05T18:09:52","modified_gmt":"2022-07-05T16:09:52","slug":"brain-computer-interface-soll-locked-in-patienten-aus-der-isolation-holen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/brain-computer-interface-soll-locked-in-patienten-aus-der-isolation-holen\/","title":{"rendered":"Brain-Computer Interface soll Locked-In Patienten aus der Isolation holen"},"content":{"rendered":"\n<p>Das\u00a0<em>Locked-in Syndrom<\/em>\u00a0ist eine seltene neurologische Erkrankung. Oft wird es von\u00a0<a href=\"https:\/\/www.gesundheit.gv.at\/krankheiten\/gehirn-nerven\/amyotrophe-lateralsklerose\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><em>Amyotrophischer Lateralsclerose<\/em>\u00a0<\/a> (ALS) ausgel\u00f6st, eine unheilbare degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems. Betroffene laufen Gefahr, die vollst\u00e4ndige Muskelkontrolle zu verlieren.\u00a0Bewusstsein und geistige Funktionen bleiben jedoch intakt. Das hei\u00dft, Betroffene k\u00f6nnen sehen und h\u00f6ren, aber als Verst\u00e4ndigungsm\u00f6glichkeit bleiben meist nur die Augenlider. Eine entscheidende Erleichterung der Verst\u00e4ndigung mit Locked-in-Patienten erwartet man sich von\u00a0<em>Gehirn-Computer-Schnittstellen<\/em>\u00a0&#8211; sogenannten\u00a0<em>Brain Computer Interface<\/em>\u00a0(BCI)-Technologien. Diese basieren auf dem Befund, dass schon die Vorstellung eines Verhaltens messbare Ver\u00e4nderungen der elektrischen Hirnaktivit\u00e4t ausl\u00f6st. Zum Beispiel f\u00fchrt die Vorstellung, eine Hand oder einen Fu\u00df zu bewegen, zur Aktivierung des\u00a0<em>motorischen Kortex<\/em>.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei&nbsp;<em>Brain-Computer Interface<\/em>&nbsp;Technologien unterscheidet man in&nbsp;<em>invasive<\/em>&nbsp;und&nbsp;<em>nicht invasive<\/em>&nbsp;Methoden. Bei&nbsp;<em>nicht invasiven<\/em>&nbsp;Methoden misst man die Gehirnaktivit\u00e4t mittels Elektroden, die h\u00e4ndisch auf der Kopfhaut befestigt werden. Die Messungen basieren auf&nbsp;<em>Elektroenzephalographie<\/em>&nbsp;(EEG), die den Nachteil einer geringen Signalaufl\u00f6sung und einer eingeschr\u00e4nkten Genauigkeit haben.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Invasive Brain Computer Interface Technologien<\/h2>\n\n\n\n<p>Mit<em>&nbsp;invasiven<\/em>&nbsp;Methoden k\u00f6nnen diese Schw\u00e4chen kompensiert werden, da Elektroden f\u00fcr&nbsp;<em>Elektrokortikogramm<\/em>-Messungen eingesetzt und \u00fcber dem&nbsp;<em>motorischen Kortex<\/em>&nbsp;implantiert werden. Bis dato hakt die Anwendbarkeit invasiver&nbsp;<em>Brain- Computer Interface&nbsp;<\/em>Technologien noch an einer angestrebten Miniaturisierung und der hohen r\u00e4umlichen Aufl\u00f6sung, da dies eine gro\u00dfe Zahl an Messpunkten auf kleinem Raum erfordert. Au\u00dferdem kann die&nbsp;Software noch nicht von den Betroffenen&nbsp;allein angewendet werden. Sowohl bei den EEG-basierenden als auch bei den intrakortikalen Systemen muss immer wieder kalibriert werden, um die Algorithmen wieder auf den aktuellen Tageszustand zu bringen, erkl\u00e4rt <a href=\"https:\/\/online.tugraz.at\/tug_online\/visitenkarte.show_vcard?pPersonenId=3E4166BBED16A6EF&amp;pPersonenGruppe=3\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Professor Gernot M\u00fcller-Putz<\/a> vom<a href=\"https:\/\/www.tugraz.at\/institute\/ine\/home\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">&nbsp;<em>Institut f\u00fcr Neurotechnologie<\/em>&nbsp;an der TU Graz<\/a>.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Er forscht aktuell im <a href=\"https:\/\/www.tugraz.at\/institute\/ine\/research\/team-mueller-putz\/intrecom\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">europ\u00e4ischen Forschungskonsortium<em>&nbsp;INTRECOM<\/em><\/a>, das diese Probleme l\u00f6sen will. Die implantierbare Technologie soll Sprache in Echtzeit aus Gehirnsignalen entschl\u00fcsseln k\u00f6nnen. Locked-in Patienten soll damit erstmals ein vollst\u00e4ndiges und einfach zu bedienendes Kommunikationssystem zur Verf\u00fcgung stehen, mit dem sie sprechen und einen Computercursor steuern k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Decoding articulator movements for Brain-Computer Interfaces\" width=\"1290\" height=\"726\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/I2y9xwBa_G8?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><figcaption>Dekodierung von Artikulatorbewegungen f\u00fcr Brain-Computer Interfaces (c) University Medical Center Utrecht \/ RIBS<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Vorstellung eines Verhaltens<\/h2>\n\n\n\n<p>Das Konsortium von Forschungs- und Industriepartnern wird von Professor Nick Ramsey vom niederl\u00e4ndischen&nbsp;<em><a href=\"https:\/\/www.umcutrecht.nl\/nl\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Universit\u00e4tsklinikum UMC Utrecht<\/a><\/em>&nbsp;geleitet. Er&nbsp;hat schon in einer Vorarbeit gezeigt, dass man eine versuchte Handbewegung detektieren und als Mausklick verwenden kann. Das funktioniert wie in einer&nbsp;<em>assistive technology<\/em>, in der einzelne Buchstaben abgescannt werden und der Patient Buchstaben ausw\u00e4hlen und anklicken kann, erkl\u00e4rt&nbsp;Professor M\u00fcller-Putz.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n<div class=\"vlp-link-container vlp-layout-basic wp-block-visual-link-preview-link\"><a href=\"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/eeg-subkortikal-gehirn-implantat\/\" class=\"vlp-link\" title=\"Tiefer Blick ins subkortikale Gehirn nur mit Oberfl\u00e4chen-EEG\"><\/a><div class=\"vlp-layout-zone-side\"><div class=\"vlp-block-2 vlp-link-image\"><\/div><\/div><div class=\"vlp-layout-zone-main\"><div class=\"vlp-block-0 vlp-link-title\">Tiefer Blick ins subkortikale Gehirn nur mit Oberfl\u00e4chen-EEG<\/div><div class=\"vlp-block-1 vlp-link-summary\">Immer wieder gibt es den einen oder anderen, mitunter bahnbrechenden, Durchbruch in der Medizin und die Forscher kommen den Geheimnissen des Lebens schrittweise mehr und &hellip; <a href=\"\">Continued<\/a><\/div><\/div><\/div>\n\n\n<p>Er selbst schloss eben das EU-Projekt&nbsp;<em><a href=\"https:\/\/www.tugraz.at\/institute\/ine\/research\/team-mueller-putz\/feel-your-reach\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Feel Your Reach<\/a><\/em>&nbsp;ab, in dem er die Trajektorien von vorgestellten Armbewegungen mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aus EEG-Signalen errechnen konnte. Diese Technologie soll im aktuellen Projekt noch verfeinert werden. An der <em>TU Graz<\/em> lag der Schwerpunkt bisher auf nicht-invasiven&nbsp;<em>Brain-Computer Interface&nbsp;<\/em>Technologien. Gemeinsam mit Professor Ramsey arbeitet M\u00fcller-Putz jetzt erstmals mit&nbsp;<em>Elektrokortikogramm<\/em> (ECoG) Messungen, bei denen das Material, auf dem die Elektroden fixiert sind \u2013 das sogenannte Array \u2013 direkt auf dem&nbsp;<em>motorischen Kortex<\/em>&nbsp;aufliegt.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Zwei Forschungsans\u00e4tze<\/h2>\n\n\n\n<p>Um sicher einen Forschungsfortschritt zu erzielen, verfolgen die Forschungspartner zwei Ans\u00e4tze: Das Team Ramsey will Sprache aus versuchter Sprache erzeugen. Das hei\u00dft, die Forscher bewerten den Versuch der Person, die einzelne Laute eines gesprochen Wortes zu produzieren. Auf diese Weise k\u00f6nnen sie aus den Gehirnsignalen in Echtzeit ablesen, was die Person sagen will.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Das Team M\u00fcller-Putz konzentriert sich auf jegliche zus\u00e4tzliche Form der Kommunikation, die man \u00fcber Cursor-Bewegungen beschreiben kann: Angefangen von der einfachen Auswahl von Icons am Bildschirm bis hin zu Bewegungen des Cursors und zur Auswahl, die der Patient steuern kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Hardware des&nbsp;<em>Brain Computer Interface<\/em>&nbsp;besteht aus einem Elektrodenarray \u2013 einem sogenannten&nbsp;<em>Array<\/em>&nbsp;&#8211; und einem Biosignalverst\u00e4rker.&nbsp;W\u00e4hrend das Array von Elektroden \u00fcber den motorischen Arealen platziert wird, implantiert man den Biosignalverst\u00e4rker in den Sch\u00e4delknochen.&nbsp;Letzterer hat die Aufgabe, die Daten zu verarbeiten und diese drahtlos an externe Computer zur Analyse und Dekodierung zu \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Miniaturisierung vs. Hochaufl\u00f6sung<\/h2>\n\n\n\n<p>Zu den technischen Herausforderungen z\u00e4hlt die erw\u00e4hnte Miniaturisierung, die Voraussetzung f\u00fcr die Implantierung ist. Bei der Aufzeichnung der Hirnsignale ist eine hohe \u00f6rtliche Aufl\u00f6sung erforderlich. Das bedeutet, sehr viele Messpunkte in Relation zur Gr\u00f6\u00dfe des Arrays. Je kleiner das Array, umso dichter m\u00fcssen die Elektroden angeordnet werden. Die zeitliche Aufl\u00f6sung wird im Millisekundenbereich gemessen. Beides, sowohl die hohe r\u00e4umliche als auch die hohe zeitliche Aufl\u00f6sung, sind grundlegend f\u00fcr die Entschl\u00fcsselung von Sprache in Echtzeit.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Um die Hirnsignale in gesprochene Worte umzusetzen, werden \u00fcber Algorithmen Parameter aus den Messdaten extrahiert. Diese beschreiben, ob der Mund Laute generieren oder die Hand den Cursor bewegen will. Letztendlich muss das System noch in eine Software eingebettet werden, die ohne technischen Experten in der Heimanwendung funktioniert.&nbsp;Dazu muss das System einfach zu bedienen und robust sein und gleichzeitig die neuesten AI-basierten und selbstlernenden Technologien nutzen.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Die Industriepartner<\/h2>\n\n\n\n<p>F\u00fcr die Konstruktion der Hardware sind die zwei Industriepartner im Konsortium zust\u00e4ndig: das Schweizer <a href=\"https:\/\/wysscenter.ch\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Wyss Center f\u00fcr Bio- and Neuroengineering <\/a>konstruiert den Biosignalverst\u00e4rker und der deutsche <a href=\"https:\/\/www.coretec-service.de\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Medizintechnikhersteller CorTec<\/a> wird&nbsp;Teile der implantierbaren Elektronik entwickeln, die die Gehirnsignale aufzeichnen: ma\u00dfgefertigte hochaufl\u00f6sende ECoG-Elektroden mit hochkanaliger Verkabelung.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>\u201eDie Einzelbauteile gibt es schon in verschiedenen Ausf\u00fchrungen, und wir werden diese jetzt verfeinern und erstmals in der Art und Weise verschiedene Dinge zusammenf\u00fchren, damit wir das entsprechend umsetzen k\u00f6nnen. Das ist das Spannende dabei\u201c, sagt M\u00fcller-Putz.&nbsp;Erprobt werden soll das&nbsp;<em>Brain-Computer Interface<\/em>&nbsp;an zwei Personen mit Locked-in Syndrom in Utrecht und in Graz.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Zum Projekt Intrecom<\/h2>\n\n\n\n<p>Das Projekt soll im Herbst starten. Professor M\u00fcller-Putz arbeitet gerade an den Vorbereitungen und sucht noch nach interessierten Postdoktoranden und Dissertanten f\u00fcr das Team am&nbsp;<em>Institut f\u00fcr Neurotechnologie<\/em>&nbsp;an der TU Graz.<\/p>\n\n\n\n<p><em>Intracranial Neuro Telemetry to REstore COMmunication (INTRECOM)<\/em>&nbsp;wurde vom&nbsp;<a href=\"https:\/\/eic.ec.europa.eu\/eic-funding-opportunities\/eic-pathfinder_en\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><em>European Innovation Council<\/em> (Pathfinder Programme)<\/a> ausgew\u00e4hlt und wird mit knapp vier Millionen Euro von der EU gef\u00f6rdert.&nbsp;&nbsp;Das Projekt l\u00e4uft von Herbst 2022 bis Herbst 2026. <\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n<div class=\"vlp-link-container vlp-layout-basic wp-block-visual-link-preview-link\"><a href=\"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/durch-implantate-sehfunktionen-des-gehirns-wiederherstellen\/\" class=\"vlp-link\" title=\"Durch Implantate Sehfunktionen des Gehirns wiederherstellen\"><\/a><div class=\"vlp-layout-zone-side\"><div class=\"vlp-block-2 vlp-link-image\"><\/div><\/div><div class=\"vlp-layout-zone-main\"><div class=\"vlp-block-0 vlp-link-title\">Durch Implantate Sehfunktionen des Gehirns wiederherstellen<\/div><div class=\"vlp-block-1 vlp-link-summary\">F\u00fcr Blindheit gibt es viele Gr\u00fcnde. Sie kann angeboren sein, zum Beispiel durch eine fehlende Ausbildung der Netzhaut im Auge oder erbliche Netzhauterkrankungen. Oder sie &hellip; <a href=\"\">Continued<\/a><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das\u00a0Locked-in Syndrom\u00a0ist eine seltene neurologische Erkrankung. Oft wird es von\u00a0Amyotrophischer Lateralsclerose\u00a0 (ALS) ausgel\u00f6st, eine unheilbare degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems. Betroffene laufen Gefahr, die vollst\u00e4ndige Muskelkontrolle zu verlieren.\u00a0Bewusstsein und geistige Funktionen bleiben jedoch intakt. Das hei\u00dft, Betroffene k\u00f6nnen sehen und h\u00f6ren, aber als Verst\u00e4ndigungsm\u00f6glichkeit bleiben meist nur die Augenlider. 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