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Hirnchips: Wenn Technik in das Gehirn eingebaut werden soll

Die Vorstellung, Computer direkt mit dem Gehirn zu verbinden, geistert seit einiger Zeit in den Köpfen der Menschen und fasziniert wie erschreckt gleichermassen. Der Chip im Hirn gilt als ultimative Verkörperung des Cyborg, der Verschmelzung von Mensch und Maschine. Dass dies so empfunden wird, ist einleuchtend, definiert sich doch der moderne Mensch über sein Gehirn. Auch scheint eine solche Verbindung zwischen Gehirn und Maschine durch Kopplung von Chips mit Nervengewebe grundsätzlich machbar zu sein, funktionieren doch beide Systeme wesentlich gemäss elektrischen Prinzipien. Erforscht wird eine direkte „Gehirn-Maschine-Schnittstelle“ seit einigen Jahrzehnten. So haben in den 60er Jahren die Experimente des Hirnforschers José Delgado das Interesse der Öffentlichkeit geweckt. Delgado hatte beispielsweise Elektroden derart in das Gehirn eines Stiers implantiert und mit einer Funksteuerung verbunden, dass dieser Angriffe auf Stierkämpfer per Funkbefehl abbrach. Die „Physical control of the mind“ - so der Titel eines damals erschienenen Buchs von Delgado - hat damit die Diskussion um den Einbau von Technik in das Gehirn von Beginn weg als Vision beeinflusst.

Die heutigen Anstrengungen zur Entwicklung von Neuroprothesen lassen sich in drei Bereiche gliedern:

  • Sensorische Prothesen sind die ältesten Neuroprothesen. So wurden erste Versuche zur elektrischen Stimulierung des Hörnerv bereits vor rund 50 Jahren durchgeführt. Mit diesen Versuchen wollte man Menschen, die das Gehör aufgrund einer funktionsuntüchtigen Gehörschnecke (Cochlea) verloren haben, zumindest einen elementaren Hörsinn zurückgeben. Trotz Bedenken der Grundlagenwissenschaft haben einige wenige klinische Forscher in den 60er und 70er Jahre Versuche zur Entwicklung eines Cochlea-Implantats vorangetrieben. Heute leben schätzungsweise über 30'000 Menschen mit Cochlea-Implantaten. Derzeit sind unter anderem Hirnstamm-Implantate zur Stimulierung von höheren Zentren in der Hörbahn des Menschen und Retina-Implantate als Ersatz für die menschliche Netzhaut Gegenstand der klinischen Forschung.

  • Unter dem Stichwort „Brain-Machine-Interface“ (BMI) werden in jüngster Zeit verstärkt technische Systeme entwickelt, welche einen direkten Signalaustausch zwischen technischen Systemen und dem Gehirn erlauben. Meistens geht es darum, ein „Outputsignal“ aus dem Gehirn zu generieren, das zur Steuerung einer bestimmten Maschine verwendet werden kann. Als Signalquelle werden das EEG (Elektroenzephalogramm, ein nichtinvasives Verfahren zur Messung elektrischer Felder der Hirnaktivität) oder die von fix implantierten Elektroden aufgefangenen elektrischen Felder der neuronalen Aktivität untersucht. Das Gehirn jener Person, die an ein solches Interface angeschlossen wird, muss dabei lernen, das gewünschte Steuerungssignal zu erzeugen, damit eine bewusste Kontrolle der Maschine möglich ist.

  • Schliesslich arbeitet die Forschung an der Entwicklung von Chips, die als funktioneller Ersatz für bestimmte Hirnteile dienen sollen. Ein aktuelles Beispiel ist der „Hippocampus-Chip“, an welchem Forscher der University of South California in Los Angeles arbeiten . Der Hippocampus ist eine vergleichsweise einfach strukturierte und gut verstandene Struktur, welche bei der Gedächtnisbildung eine entscheidende Rolle spielt. Menschen, deren Hippocampus durch bestimmte Verletzungen oder Hirnblutungen funktionsuntüchtig wurde, sind nicht mehr in der Lage, Informationen vom Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis abzulegen. Der Chip soll diese Funktion künftig übernehmen können.

Als Begründung für diese Forschungszweige werden in erster Linie medizinische Gründe genannt. So scheint auf den ersten Blick einleuchtend, dass für Menschen mit sensorischen Behinderungen technische Ersatzsysteme Sinn machen. Doch bereits die Cochlea-Implantate sind innerhalb der Gemeinschaft der Gehörlosen nicht unumstritten. Manche kritisieren sie als Angriff auf die Gebärdensprache, welche einen inhärenten Teil der Kultur der Gehörlosen ausmacht. Sie wenden sich insbesondere gegen die Implantierung von Implantaten bei Kindern - wobei andererseits für das Erreichen von Sprachverständnis eine Implantierung in möglichst jungen Jahren angestrebt werden sollte. Auch die Entwicklung von BMI wird primär medizinisch begründet. Man will so genannten „locked in“ Patienten helfen - jenen Menschen, die aufgrund vollständiger Lähmung des Körpers keinerlei Möglichkeit zur Interaktion und Kommunikation mit der Aussenwelt haben. Der französische Journalist Jean-Dominique Bauby, der aufgrund eines Hirnschlags 1995 zum „locked-in-Patienten“ wurde, hat über einen Zeitraum von 15 Monaten mittels dem Zwinkern des linken Augenlids ein Buch „diktiert“, der das immer noch vorhandene geistige Innenleben dieser Menschen aufzeigt.

Diese Begründungen dürfen aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass noch andere Motivationen zur Herstellung solcher Systeme - insbesondere von BMI - vorhanden sind. So investiert die amerikanische Defense Advances Research Projects Agency (DARPA, die wichtigste Forschungsinstitution des US-Verteidigungsministeriums) 24 Millionen Dollar - fast 10 Prozent ihres Budgets für Grundlagenforschung - in ein zweijähriges BMI-Programm. Die renommierte Wissenschaftszeitschrift Nature warnte kürzlich vor einer ethischen Kurzsichtigkeit von in solchen Programmen involvierten Forschern. Auch wenn die Projekte des Programms primär medizinische Zwecke verfolgen, ist die DARPA etwa an Möglichkeit effizenterer Waffenkontrolle mittels solcher Systeme durchaus interessiert.

In den Bereich der Spekulation sind schliesslich jene Ideen einzuordnen, die eine eigentliche „Verbesserung“ des Menschen mittels solcher Systeme zum Inhalt haben. So ist denkbar, dass dereinst „künstliche Sinne“ wie Infrarotsehen oder Sensitivität für magnetische Felder in den menschlichen Körper integriert werden, was zweifellos Diskussionen über das künftige Bild des Menschen auslösen wird.

Gegenüber solchen Visionen ist aber Skepsis angebracht. Derzeit stellten sich noch schwierige Fragen in der Grundlagenforschung. So ist die physische Verbindung zwischen der Welt der Biologie und des Siliziums nicht unproblematisch. Nervenzellen und Chips müssen sich genügend nahe kommen, damit ein zuverlässiger und komplexer Signalverkehr stattfinden kann. In den derzeitigen Experimenten klafft zwischen der Membran der Zelle und der Oberfläche des Chip ein Spalt von rund 100 Nanometern (entspricht einem Zehntausendstel Millimeter) die mit salzhaltigem und damit Strom leitenden Flüssigkeit gefüllt ist. Um unerwünschten Stromfluss zu minimieren und die Präzision des Signaltransfers zu erhöhen, müsste der Spalt auf weniger als 50 Nanometern verkleinert werden. Zudem darf es beim Signaltransfer nicht zu elektrochemischen Prozessen kommen, denn diese würden Zellen wie Chips schädigen. Von grosser Bedeutung ist auch, welche Art von Kodierung man verwenden muss, damit eine sinnvolle Kommunikation zwischen Gehirn und Maschine stattfinden kann. Dieses Problem wird umso virulenter, je komplexer die Hirnteile sind, an welche man die Schnittstelle zur Maschine einbauen will. Dieses Problem wird am Beispiel der Cochlea-Implantate deutlich. Die menschliche Cochlea ist ein hochkomplexes Sinnesorgan, das aus Schallwellen elektrische Impulse macht – und dies auf eine Weise, dass wir Sprache verstehen und uns von Musik berühren lassen können. Schätzungsweise 30'000 Kanäle gehen von der Cochlea in den Hirnstamm, wo die Hörinformation weiter verarbeitet wird. Cochlea-Implantate haben aber nur einen bis einige wenige Dutzend Kanäle – und trotzdem ist das Gehirn in der Lage, mit diesen Signalen, die nur wenig mit den natürlichen zu tun haben, etwas anzufangen. Das Gehirn als Ganzes hat also eine erstaunliche Anpassungsfähigkeit. Werden aber Teile des Gehirns mittels technischer Systeme ersetzt, müssten sich diese Teile genügend exakt in das unglaublich komplexe Kommunikationsnetz der Nervenzellen integrieren können. Die theoretischen Grundlagen, solches zu erreichen, sind nicht im genügenden Ausmass vorhanden. Vorstellungen wie ein direktes Verlinken des Gehirns mit dem Internet bleiben damit bis auf weiteres Science Fiction.

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