Durchbruch bei Gehirn-Computer-Schnittstellen: Implantierbare Elektroden verbinden sich mit Computern und ermöglichen KI, Patienten beim 'Sprechen' zu unterstützen!

Eine aktuelle Studie zeigt bedeutende Fortschritte in der Technologie von Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI), die durch den Einsatz künstlicher Intelligenz vorangetrieben werden. Ärzte an der University of California, Davis, haben bei ALS-Patienten Casey Harrell Elektroden in die äußere Schicht des Gehirns implantiert, um erfolgreich seine Versuche zur verbalen Kommunikation zu entschlüsseln. Diese Ergebnisse übertrafen die Erwartungen und setzen einen neuen Maßstab für implantierte Sprachdecoder, was ihr enormes Potenzial für Patienten mit Sprachbeeinträchtigungen verdeutlicht.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine progressive neurodegenerative Erkrankung, die die Nervenzellen betrifft, die die willkürliche Muskelbewegung steuern. Dies führt allmählich zu Muskelschwund und schränkt letztlich die Fähigkeit des Patienten ein, zu gehen, zu sprechen und zu schlucken. Im Verlauf der Krankheit erleben Patienten typischerweise einen Rückgang ihrer Sprachfähigkeit.

Im Rahmen von Harrells Behandlung implantierte das medizinische Team vier Elektrodenarrays – doppelt so viele wie in früheren Studien. Jedes Array bestand aus 64 Sonden, die in der Lage waren, die neuronalen Signale aufzufangen, die Harrell beim Sprechen erzeugte. Nur drei Wochen nach der Operation gelang es dem Forschungsteam, das Gerät mit einem Computer zu verbinden. Nach einer kurzen Lernphase registrierte das Gerät seine beabsichtigte Sprache mit einer beeindruckenden Genauigkeit von 99,6 %.

Die Forscher hoben hervor, dass das Gerät Harrells Zustand umging, indem es sich auf den motorischen Kortex konzentrierte, der für die Generierung von Sprachbefehlen verantwortlich ist. Der Neurowissenschaftler Sergey Stavisky erklärte: „Der Schlüssel liegt in der präzisen Anordnung von mehr Elektroden, die direkt die Gehirnregionen anvisieren, die am stärksten an der sprachlichen Ausdrucksfähigkeit beteiligt sind."

Am zweiten Tag der Versuche erreichte das Gerät eine Genauigkeit von 90 % bei der Verarbeitung eines Wortschatzes von 125.000 Wörtern, wodurch es erstmals Sätze in der Stimme Harrells generieren konnte. Die Forscher nutzten Aufnahmen und Podcast-Interviews aus der Zeit vor seiner Erkrankung, um eine KI-Simulation seiner vertrauten Stimme zu erstellen. Mit kontinuierlichem Training verbesserte sich die Leistung des Geräts und ermöglichte es Harrell, im Laufe von acht Monaten nahezu 6.000 verschiedene Wörter bei einer Genauigkeitsrate von 97,5 % zu sprechen.

Dieser Erfolg stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu vielen mobilen Apps dar, die Sprache transkribieren und typischerweise eine Genauigkeit von etwa 75 % aufweisen. Im Gegensatz zu Elon Musks Neuralink-Gerät ermöglicht dieses Implantat Patienten, komplexere sprachliche Bereiche zu erkunden und alltägliche Gespräche mit Familie und Freunden zu führen.

Der Erfolg dieser Forschung ist auf Sprach-KI-Tools wie ChatGPT zurückzuführen. Zu jedem Zeitpunkt erfasst das Implantat Signale aus neuronalem Aktivität, wandelt sie in Spracheinheiten um, die dann zu Wörtern und Sätzen zusammengesetzt werden, wodurch Harrells beabsichtigte Ausdrucksweise präzise vermittelt wird.

Es bleibt jedoch ungewiss, ob diese Technologie auch bei Patienten mit schwererer Lähmung gleichermaßen effektiv sein wird. Obwohl Harrell erhebliche Rückgänge seiner Sprachfähigkeit erlebt hat, hat er sie nicht vollständig verloren. Darüber hinaus könnten die hohen Kosten dieser Technologie eine Hürde für die meisten Patienten darstellen.