01
Okt
08

. Brain Computer Interfaces und humanimplantierbare Chips

In der Filmtrilogie “Matrix” tauchen Menschen in eine virtuelle Welt ein, indem sie ihre Gehirne direkt an einen Computer anschließen. Ein Thema das nicht nur Science-Fiction Fans begeistert, sondern durchaus einen realen Hintergrund bekommen hat. Auftraggeber dementsprechender Forschungseinrichtungen sind u.a. das Militär und Unternehmen der Medizintechnik. Die Technologie für solche Gehirn-Computer-Schnittstellen, die ein vollständiges Eintauchen in virtuelle Welten ermöglichen, existiert noch nicht. Aber wenn man überdenkt in welchem kurzen Zeitraum die Entwicklung der Mikroelektronik die Gesellschaft revolutioniert hat, ist es wahrscheinlich, dass in der Entwicklung von Neuroprothesen, bzw. Mensch-Maschinen-Interfaces, in absehbarer Zeit ebenfalls Quantensprünge vollzogen werden. Von den Anwendungen im militärischen und medizintechnischen Bereich hin zur Entwicklung von Konsumgütern und Massenartikeln, ist der Weg nicht so weit wie man denkt. Wenn über die Logik humanmedizinischer Argumentationen erst mal die notwendige gesellschaftliche Akzeptanz geschaffen wird, könnten ethische und moralische Zweifel, die den direkten technologischen Eingriff am menschlichen Gehirn betreffen, in zukünftigen Diskussionen zurücktreten. Das Forschungskonzept der us-amerikanischen DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) verkauft sich dementsprechend in der Öffentlichkeit durch ihren gekoppelten Anwendungsbereich. Die Forschungsanstrengungen unterliegen zwar militärischer Priorität, sollen aber weitergehend im zivilen Bereich, wie der Humanmedizin, zur Anwendung gelangen, mit der Zielsetzung, das durch die Erfolge der Neurochirurgie und des Bioengineering disfunktionale Körper im weitesten Sinne und bisher nicht gekannten Umfang repariert werden können.

Bereits in den 70ern startete das us-amerikanische „National Institute of Health“ das „Neural Prostheses Programm“ um Forschungserfolge in dem Bereich der Medizintechnik, die direkt an das menschliche Gehirn, das Rückenmark oder die Nerven anschließt, besser koordinieren zu können. Die ersten Neuroprothesen, die in den Vereinigten Staaten seit 1984 auf den kommerziellen Markt frei erhältlich waren, sind Cochlear-Implantate. Sie bestehen u.a. aus einem winzigen Mikrophon, nahe ans Ohr gesetzt, das die Töne der Außenwelt erfasst, die dann zu schwachen, elektronischen Strömen umgewandelt werden, die die dementsprechenden Nerven stimulieren, welche dann eine „Gehörvorstellung“ direkt zum Gehirn weiterleiten. Diese Vorrichtung erlaubt es vielen tauben Menschen Gespräche wahrzunehmen, zu telefonieren und sogar Musik zu hören. Inzwischen haben mehr als 55 000 Menschen weltweit Cochlear-Implantate. Neben diesen sensorischen Prothesen gibt es Bewegungsprothesen, wie das „FreeHand-System“ der „NeuroControl Corp.“ Die Muskelstimulatoren einsetzt um (im begrenzten Maße) Handbewegungen der betreffenden Einzelpersonen wieder möglich zu machen. Bei den Patienten handelt es sich um Gelähmte, deren Lähmungen aus bestimmten Rückenmarksverletzungen resultieren. Diese steuern das System mittels eines Steuerpultes, das ihnen hinter den Schultern implantiert wurde. Glied-Steuerungssysteme wie das FreeHand-System sind bei mehr als 300 Personen eingesetzt worden. Desweiteren gibt es  Motorneuroprothesen. Unter diesem Begriff versteht man bis jetzt die Vorrichtungen die bei gelähmten Personen eingesetzt werden um die Harnblase anzuregen und den Urinabfluss zu steuern. Tausende solcher Implantate sind im Zeitraum der letzten 30 Jahre verwendet worden.

Bei aktuellen Netzhaut-Implantaten kommt ein 3×3 Millimeter großer Chip zum Einsatz, der unter die Netzhaut eingepflanzt wird und das auf ihn treffenden Licht in Nervenimpulse umwandelt. Diese sogenannten subretinalen Implantate nutzen die informationsverarbeitende Funktion des noch intakten Teils der Netzhaut. Für Implantate, die auf die Netzhaut gesetzt werden, wird dagegen eine Kamera benötigt, die das Bild aufzeichnet und die elektrischen Signale zum Implantat weiterleitet. Eine weitere Methode sind die kortikalen Sehimplantate. Diese verbinden die Elektronik der Sehhilfe direkt mit der Großhrinrinde und sind bei dem momentanen Stand der Technik in der Lage, einem total erblindeten Patienten eine grobe Orientierung zu ermöglichen. Diese Implantate sind bereits bei menschlichen Testpersonen erfolgreich eingesetzt worden. Mit marktreifen Produkten ist frühestens 2010 zu rechnen. Deutsche Firmen, die in diesem Segment aktive Forschungen betreiben sind beispielsweise die EpiRet GmbH und die Retina Implant GmbH.


Neuroprothesen, die bereits einen direkten Eingriff in das Gehirn voraussetzen, waren in der Vergangenheit solche, die unerwünschten Gehirntätigkeiten – die durch neurologische Erkrankungen, wie z.b. der Parkinsonschen Krankheit, entstehen können – steuern, bzw. unterbinden. Sie werden Patienten eingepflanzt, die auf keine Medikamentation reagieren um epileptischen Anfällen, die oft von starken Schmerzen begleitet werden, vorzubeugen. Anti-Tremor-Implantate werden den Patienten in der Gehirnregion des Basale Ganglion eingesetzt. Mehr als 15 000 Patienten sind solche „deep-brain-stimulators“ implantiert worden. Anti-epileptische Implantate werden den Patienten in den Ansatzregionen des Vagusnerven eingesetzt- inzwischen bei über 18 000 Patienten.

Ein wichtiger Forschungsansatz ist die Übertragung der Informationsdichte- und Geschwindigkeit leistungsfähiger Computer, bzw. Computernetze auf das menschliche Gehirn. Während Datennetze bereits heute Übertragungsraten von bis zu 40 Gigabyte pro Sekunde aufweisen, schafft ein geübter Maschinenschreiber maximal 4-5 Zeichen, umgerechnet bis zu 40 Byte pro Sekunde. Die Kommunikationsgeschwindigkeiten von Computern und Menschen liegen also um Lichtjahre auseinander. Brain Computer Interfaces(BCI )sollen hier Abhilfe schaffen. Diese Interfaces schaffen die Möglichkeit der gedanklichen Steuerung von Computern durch die Aufzeichnung und Auswertung von Gehirnsignalen. Momentan gibt es drei gebräuchliche Methoden der Messung von Gehirnaktivitäten. Am weitesten verbreitet ist die Elektroenzephalografie bei der Elektroden auf der Kopfhaut befestigt werden, weiterhin die Magnetresonanztomografie oder die Messung durch implantierte Elektroden. Noch sind die Datenraten solcher Geräte auf niedrigem Niveau, was sich laut den Prognosen an der Forschung beteiligter Wissenschaftler aber bald ändern wird.


Die Firma „Cyberkinetics“ von John P. Donoghue bietet mit BrainGate und NeuroPort bereits erste Gehirn-Computer-Schnittstellen für die medizinische Forschung an. Nachdem sie Affen, Katzen und Ratten implantiert wurden, wurde 2004 erstmals einem Menschen ein BrainGate mit hundert Elektroden eingesetzt mit dem er via Gedankenimpuls einen Fernseher oder Computer bedienen kann. 2008 soll in Brasilien erstmals einem Menschen ein Chip implantiert werden, der es möglich macht künstliche Arme neuronal zu steuern. Die Technik wurde von dem Brasilianer Miguel Nicolelis, Leiter des Neurowissenschaftlichen Instituts der Duke University entwickelt. Vorausgegangen waren Versuchsreihen mit Rhesusaffen, denen Elektroden in das dementsprechende Gehirnareal implantiert worden waren, damit diese mit ihren Gedanken und mit Hilfe eines visuellen Feed-Backs einen Roboterarm steuern konnten. Bei der Steuerung von Robotikprothesen mithilfe implantierter Elektroden wurde bereits eine Datenrate von 6,5 Bit pro Sekunde realisiert.

In dem „Brain Machine Interface Programm“ der DARPA werden zur Zeit erfolgreich Experimente mit Affen vorgenommen, deren Gehirnimpulse über Kopfsensoren aufgenommen werden und via Computer in Steuerbefehle übersetzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines militärischen Interfaces, einer Schnittstelle zwischen Mensch und Waffentechnologie. Die Forschung ist inzwischen so weit gediehen, dass wahrscheinlich in den nächsten Jahren für schwer Gelähmte BCI-basierte Kommunikationshilfen als kommerzielle Produkte angeboten werden können.

Honda hat zusammen mit dem Advanced Telecommunications Research Institute (ATR) und der Shimadzu Corporation einen Helm entwickelt, dessen Sensoren wie ein EEG, aber berührungslos die elektrischen Hirnsignale messen. Zudem wird über Nah-Infrarotspektroskopie (NIRS) optisch die Veränderung der Blutzirkulation im Gehirn gemessen. Der Träger des Helms muss sich nur vorstellen, die Arme oder Beine zu bewegen, um diese motorischen Impulse, die von beiden Sensortypen aufgenommen und durch ein neu entwickeltes Programm verarbeitet werden, auf den Roboter zu übertragen, der nach einer zeitlichen Verzögerung von wenigen Sekunden entsprechend reagiert.

Ein weiteres marktfähiges Produkt des Unternehmens Emotiv Systems zielt bereits – nicht auf humanmedizinische oder militärische Anwendungen – sondern auf den Entertainment-Markt ab. Die australische Emotiv Systems wurde 2003 von dem Neurowissenschaftler Alan Snyder, dem Chipentwickler Neil Weste, sowie Tan Le und Nam Do gegründet, welche von dem Unternehmen SASme kamen, das SMPP-Plattformen für Telekommunikationsanbieter entwickelte. Das Emotiv EPOC ist ein Brain-Computer-Interface, das zur mentalen und mimikbasierten Steuerung von Betriebssystemen und Computerspielen konzipiert wurde. Mittels 16 Elektroden, welche in einer Art Helm am Kopf des Benutzers anliegen, werden Gehirnströme gemessen, während zwei Gyroskope die Lage des Kopfes ermitteln. Das Interface ist kabellos und über Bluetooth mit dem Computer verbunden. Emotiv-Systems hat auf der Game Developers Conference (GDC) in San Francisco bereits 2007 und 2008 ihre Innovation vorgestellt. Das Neuroheadset Epoc liest in Kombination mit einer speziellen Software die Gehirnströme des Nutzers und übersetzt diese in Computerbefehle. Die Sensoren nehmen die elektronischen Signale des Gehirns wahr und leiten sie an einen Signalprozessor weiter, der sie mit Hilfe mathematischer Modelle auswertet. Man kallibriert und trainiert das System, indem man sich auf eine bestimmte Aktion konzentriert und das dabei erzeugte Hirnstrom-Muster misst. Später kann dann dieses Muster erkannt und erneut der Aktion zugeordnet werden. So wird es möglich, per Gedanken eine Aktion auszulösen. Mit Hilfe dieser Technologie ist es möglich Gefühle, sowie reale Gesichtsausdrücke des Spielers auf die Figur des Avatars zu übertragen. Momentan soll das Gerät in der Lage sein 30 verschiedene Expressionen, Gefühle und Aktionen zu unterscheiden. Weiterhin ermöglicht es dem Spieler Objekte und Handlungen in der virtuellen Welt per Gedanken zu bewegen, bzw. auszuführen. Das System ist noch nicht so ausgereift, das es einen Game-Kontroller oder das herkömmliche User-Interface der Betriebsprogramme (Tastatur/Maus) vollständig ersetzen kann, aber bestimmte Aktionen können von Emotiv übernommen werden. Es wird Ende 2009 für $299 auf den us-amerikanischen Markt angeboten. Emotiv arbeitet mittlerweilen mit IBM zusammen, um diese Technologie weiter zu entwickeln. Andere Unternehmen, wie die in Kalifornien beheimateten Firmen EmSense und NeuroSky, sowie Hitachi arbeiten ebenfalls an der Entwicklung dementsprechender Interfaces.

Die us-amerikanische DARPA forscht ebenfalls intensiv in diesem Bereich. Das Forschungsbudget für 2010 sieht als kleinere Unterposten beispielsweise $4 Millionen für ein Programm namens „Silent Talk“ vor, welches „allow user-to-user communication on the battlefield without the use of vocalized speech through analysis of neural signals“. Weitere $4 Millionen gehen an die University of California, wo mit Hilfe von EEG-Messungen sprach-spezifische neurale Signale (vor der Vokalisation) ermittelt und analysiert werden sollen, um daraus generalisierbare Muster abzuleiten. Ziel dieser Forschungen ist die Entwicklung einer Soft- und Hardware für eine computergestützte „synthetische Telepathie“.

Eine weitere technologische Entwicklung, die zwar keine Neuroprothese oder Brain Computer Interface darstellt, in ihrer Anwendung aber die Akzeptanz zukünftiger implantierbaren BCI unterstützen wird und das Potential eines modernen Bezahlsystems in sich trägt, ist der humanimplantierbare Identifikations- und Ortungschip, in seiner ersten Produktlinie als „Verichip“ benannt. Der Verichip ist ein in Glas gehüllter Mikrochip, der 12 Millimeter lang, 2,1 Millimeter im Durchmesser und unter der Haut eingepflanzt wird. Die Prozedur wird ambulant getätigt und benötigt nicht mehr Aufwand wie eine Grippe-Schutz-Impfung. Mittels dieses Chips kann jede beliebige Person durch spezielle Scanner an jedem beliebigen Ort des Planeten jederzeit lokalisiert werden. Wenn ein Scanner in der Nähe einer Person ist, sendet der Chip eine Registriernummer mit allen Informationen des „Nutzers“ direkt an die Kontrollrechner. Die Lokalisierung von Zielobjekten, bzw. Zivilpersonen kann auch direkt per Satellit erfolgen.


Die Firma „Destron Fearing“, die seit den fünfziger Jahren auf dem Gebiet der Tieridentifikation arbeitet, vermarktete bereits 1987 implantierbare Chips für Tiere. 1991 wurde deren Radiofrequenz Identifikations-(RFID)Technologie von „Hughes Aircraft Corporation“ aufgekauft, eine auf Kampfflugzeug- und Weltraumtechnik spezialisierte Firma in den USA. Hughes Aircraft modifizierte den Chip in der auf Zugangsberechtigung spezialisierten Abteilung „Hughes Identification Devices“ zum Humanimplantierbaren Chip. Dieser wurde schließlich 1997 von Raytheon aufgekauft und „Hughes Microelectronics Espãna S.A“., wo die Chips fabriziert werden, wurde zu „Raytheon Microelectronics Espãna S.A.“ umbenannt und beliefert Destron Fearing, die mittlerweile mit „Applied Digital Solutions“ fusionierte, welche den „Verichip“ anbietet.


Die Anwendungsmöglichkeiten der RFID-Technologie gehen natürlich weiter und beschränken sich nicht auf den Bereich der Humanimplantierbaren Chips. Die Produktion einfacher RFID-Chips ist billig und liegt zwischen 20-80 Cent pro Stück, die Kosten eines Lesegerätes liegen bei ca. 50 €, so dass sich ein großflächiger Einsatz  im Bereich der Warenwelt anbietet. Sämtliche Bereiche von Produktion, Transport, Lagerung bis Verkauf könnten auf diesem Wege erfasst und gesteuert werden. In Deutschland ist es vor allem die Metro-Gruppe, die die RFID-Technologie zur automatischen Preiserfassung in ihren Filialen einsetzen will, sowie das Innenministerium das den Einsatz von RFID in Pässen und zur Kontrolle von größeren Menschenmengen erwägt. So billig sich RFID  inzwischen ausnimmt, so teuer war die Entwicklung dieser Technologie, weswegen vor allem Anwendungen in den Bereichen Handel, Datenerfassung und Sicherheitstechnik vorgedacht wurden. In den USA drängen die beteiligten Firmen auf eine Anwendung von RFID-Techniken in Form des humanimplementierbaren Chips in Krankenhäusern und Gefängnissen.

In den Vereinigten Staaten war der Verkauf der Chips mit Informationen über amerikanische Staatsbürger von der FDA (Food & Drug Administration) untersagt, weswegen sich die Firma zunächst Südamerika und einigen europäischen Ländern zugewandt hatte. Nach dem  Wechsel von Tommy Thompson vom Gesundheitsministerium unter George W. Bush zum Vorstandsvorsitzenden dieser Firma im Sommer 2005, wurde der Einsatz der Chip-Produkte im Krankenhausbereich genehmigt. Hauptkunden waren bis jetzt das US-Militär und Unternehmen der Sicherheitsbranche. Die 1998 gegründete Firma „Metro Risk Management Group LCC“, mit Sitz in Miami beliefert exclusiv den südamerikanischen Markt mit 135.000 Chips und 7.650 Scannern in den nächsten Jahren. 75 000 dieser Mikrochips gehen alleine nach Brasilien. Auf dem europäischen Markt hat sich der schweizerische Vertragspartner von Verichip, die „RussGPS“ in den nächsten Jahren zum Ankauf von mindestens 51.000 Chips und 2.600 Scannern verpflichtet. Die RussGPS ist ein ein Tochterunternehmen von „Russline.ru“, einem Joint Venture russischer Investoren und dem schweizerischen Internet Service Provider „SwissWeb GmbH“ in Zürich. Das Unternehmen ist auf die Lokalisierung von Fahrzeugen und Personen spezialisiert. Die von der US-Firma „Applied Digital Solutions (ADS)“ propagierten Anwendungsmöglichkeiten umfassen u.a. die Überwachung des Aufenthaltsorts und der gesundheitlichen Verfassung von Risikopatienten und Strafgefangenen; die Lokalisierung von verschwundenen oder verirrten Menschen und ein ID-Verfahren um die Identität von Personen beim Betreten von Gebäuden oder für den Zugang zu Computern, Autos oder Bankautomaten zu überprüfen. „ADS“ bietet neben der implantierbaren Technologie auch Überwachungssensoren in Geräten an, beispielsweise eine „Uhr“ und ein Sender in Größe eines Pagers, beide batteriebetrieben, zum Preis von 299 $. Bislang können über GPS der Ort des Benutzers festgestellt und die Körpertemperatur gemessen werden. Extra angeboten werden Sensoren zur Messung des Blutdrucks, der Umgebungstemperatur, der Lautstärke, der Vibration oder des Drucks. Die Daten werden über ein Modem in Form von GPRS, GSM und Paging versendet und können per Handys, PDAs oder Computer über eine kennwortgeschützte Verbindung von den überwachenden Angehörigen oder den damit beauftragten Personen von der Website des „Digital Angel Delivery System“ (DADS) in Echtzeit eingesehen werden. Kosten:  monatlich zwischen 20 und 50 Dollar. In Zukunft soll die Zahl der Biosensoren erweitert werden und um die Haltung und Position des Benutzers genauer zu erfassen, sollen Beschleunigungsmesser und Gyroskope entwickelt werden, um den genauen Aufenthaltsort des „Benutzers“ in Gebäuden zu erfassen und zu übermitteln.

Der mexikanische Generalstaatsanwalt Rafael Macedo de la Concha hat sich 2004 selbst und 160 seiner Mitarbeiter einen RFID-Chip implantieren lassen um in Kombination mit einem Lichtbildausweis, über ein sicheres Identifikations- und Kontrollverfahren in den Hochsicherheitsbereichen verfügen zu können. Nur diesen Mitarbeitern ist der Zugang zu bestimmten Arbeitsbereichen dieser Behörde erlaubt. Dies ist der erste bekannt gewordene Fall,  wo Arbeitnehmern nur unter der Voraussetzung einer Chip-Implementation eine Anstellung vergeben wurde. Neben dem Bereich der Zugangskontrolle in sensiblen Arbeitsbereichen und den bereits erwähnten Anwendungsmöglichkeiten, ist es von Interesse wann die Anwendung dieser Technologie die allgemeine Bevölkerung berührt. Dann nämlich kann diese Chiptechnologie ihr Potential als mögliches Bezahlsystem entfalten. Es gab bereits Kleinstversuche in spanischen Diskotheken, wo der eingeimpfte Chip den Griff zur Brieftasche unnötig machte und zwar bei der Bezahlung von Geldbeträgen genauso wie bei der Eingangs- und Alterskontrolle. Hier liegt aus der Sicht von Finanzdienstleistern und kommerziellen Anbietern genau der Vorteil im Verhältnis zu anderen Zahlungssystemen – das hohe Potential an Sicherheits- und Kontrollfunktionen, welche abhängig sind von der gespeicherten Informationsdichte und den abgefragten Parametern. Neben dem einfachen Kontostand und den Identifikationsdaten ließen sich beispielsweise Kreditwürdigkeit, Gesundheitszustand, Sozialisationsdaten und Konsumverhalten der betreffenden Person abfragen.

März 2009 gründete VeriChip das Tochterunternehmen VeriGreen Energy Corporation um in den Bereich alternativer Energien zu investieren. Ein Sektor, der seit der Verabschiedung eines $79 Milliarden schweren Förderungsprogramms durch die US-Regierung hohe Gewinnaussichten verspricht. Ende des gleichen Jahres übernahm die VeriChip Corporation die Steel Vault Corporation, ein Sicherheitsdienstleister, der sich auf Kreditüberwachung, Kreditauskünfte und Dienste zur Verhinderung von Identitätsdiebstahl spezialisiert hat. Im Zuge dieser Übernahme plant VeriChip eine Namensänderung des Gesamtunternehmens zur „PositivID Corporation“

http://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/augmented-reality-in-a-contact-lens/0

Telepolis, Rubrik Wissenschaft -www.heise.de/tp  (Archiv 2000 – 08 )

„Nano – die elementare Revolution“, Stefan Krempl   03.04.2001

– „Neuroprothesen ziehen in die Gehirne der Menschen ein“  Florian Rötzer 19.07.2005

Where is the real matrix?  By Shy Shoan and Sam Hall , Nov.11, 2003 – http://www.salon.com

„Menschliche Waffensysteme“ von oraclesyndicate.org., 22.7.04 (indymedia, Archiv)

„Verichip“ – http://de.indymedia.org//2003/12/70705.shtml

speziell: http://events.thing.net/slideshow/ Eine Slideshow (108 Parts, Text und Bild) des Künstlers Jakob S. Boeskov über seine ungewöhnliche Performance auf der „China Police 2002“, Chinas erste internationale Waffentechnikmesse in Beijing.


0 Responses to “. Brain Computer Interfaces und humanimplantierbare Chips”



  1. Schreibe einen Kommentar

Schreibe einen Kommentar

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s


%d Bloggern gefällt das: