15.07.2021

Durch Gehirnimplantat und Brain-Computer-Interface: Mann „spricht“ nach 15 Jahren wieder

Neue Entwicklungen in der Gehirnforschung lassen Menschen ohne die Fähigkeit zu sprechen Hoffnung schöpfen.
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Gehirnimplantat, UCSF, Schlaganfall, Reden, Sprechen, Denken Reden
(c) UC San Francisco (UCSF)/YouTube/Screenshot - US-Wissenschaftler mit Durchbruch beim Brain-Computer-Interface.

Wie das „New England Journal of Medicine“ berichtete, haben kalifornische Forscher ein Gehirnimplantat (Neuroprothese) entwickelt, das Signale des Hirns in Worte auf einem Computerbildschirm übersetzt. Damit eröffnet sich die Möglichkeit Menschen zu helfen, die die Fähigkeit zu sprechen aufgrund von Krankheiten oder Verletzungen verloren haben.

„Wir haben ein subdurales, hochdichtes Multielektroden-Array über dem Bereich des sensomotorischen Kortex implantiert, der die Sprache bei einer Person mit Anarthrie (Anm: Verlust der Fähigkeit, Sprache zu artikulieren) aufgrund eines Hirnstamm-Schlaganfalls kontrolliert“, beschreibt das Forscherteam in ihrem veröffentlichten Artikel. „Im Verlauf von 48 Sitzungen zeichneten wir 22 Stunden kortikale Aktivität auf, während der Teilnehmer versuchte, einzelne Wörter aus einem Vokabular von 50 Wörtern auszusprechen.“

Sätze mittels Wahrscheinlichkeit dekodieren

Dabei wurden Deep-Learning-Algorithmen verwendet, um Computermodelle für die Erkennung und Klassifizierung von Wörtern anhand von Mustern in der aufgezeichneten kortikalen Aktivität zu erstellen. „Wir wendeten diese Computermodelle sowie ein natürliches Sprachmodell an, das Wahrscheinlichkeiten für das nächste Wort aus den vorangegangenen Wörtern einer Sequenz ermittelt, um ganze Sätze zu dekodieren, während der Teilnehmer versucht, sie zu sagen“, so die Forscher weiter.

Um das Ganze zu testen, holten sich die Forscher der „University of California“ in San Francisco, die Hilfe eines Mannes in den Dreißigern, der durch einen schweren Schlaganfall 15 Jahre zuvor die Fähigkeit zu sprechen verloren hatte. Ihm wurde ein kleines rechteckiges Feld von Elektroden chirurgisch an der äußeren Oberfläche seines Gehirns angebracht.

UCSF-Video über die Neuroprothese

Im Laufe von 81 Wochen schlossen die Forscher einen Computer an das Array an, um die Gehirnaktivität des Mannes aufzuzeichnen, während er einzelne Wörter auf einem Bildschirm sah und sich vorstellte, sie laut auszusprechen. Anfangs konnten in 47 Prozent der Fälle die Worte genau identifiziert werden. Als die Wissenschaftler später Algorithmen zur Wortvorhersage einsetzten, die der „Auto-Suggest“-Funktion von E-Mail- und Textverarbeitungsprogrammen ähneln, stieg die Genauigkeit auf 76 Prozent.

Erste Worte aus Hirnaktivität

Die Technologie steht noch am Anfang – der Wortschatz eines Kindes in der Volksschule besteht aus mehreren Tausend Worten – stellt aber dennoch einen Durchbruch dar. „Unseres Wissens ist dies die erste erfolgreiche Demonstration der direkten Dekodierung ganzer Wörter aus der Hirnaktivität einer Person, die gelähmt ist und nicht sprechen kann“, sagte etwa Eddie Chang, Neurochirurg an der Universität und leitender Autor der Arbeit. „Es ist vielversprechend, die Kommunikation wiederherzustellen, indem man die natürliche Sprachmaschinerie des Gehirns anzapft.“

Gesponsert wird die Forschungsarbeit mitunter von Facebook. Das Unternehmen setzt seine Hoffnungen auf die Entwicklung eines nicht-invasiven, tragbaren Geräts, das Personen das Tippen durch Denken ermöglichen soll.

Mark Zuckerberg dazu: „Interessanter Meilenstein des Brain-Computer-Interface-Teams, das Facebook an der UCSF unterstützt hat: Ein Forschungsteilnehmer mit schwerem Sprachverlust war in der Lage, über eine Schnittstelle zu kommunizieren, die erkennt, was er zu sagen versucht, indem sie Gehirnsignale dekodiert, die von seinem motorischen Kortex an seinen Vokaltrakt gesendet werden. So etwas ist noch nie zuvor gemacht worden, und es ist großartig zu sehen, wie verschiedene neurowissenschaftliche Ansätze für Schnittstellen große Schritte nach vorne machen (ebenso wie unsere Arbeit, die Signale zu verstehen, die das Gehirn an die motorischen Neuronen in unseren Handgelenken sendet). Herzlichen Glückwunsch an das UCSF-Team zu diesem Fortschritt!“

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Bild: KI-generiert / Google Gemini

Die europäischen NATO-Länder werden ihre Verteidigungsausgaben in den kommenden zehn Jahren massiv erhöhen. Neben den direkten Verteidigungsausgaben, die auf 3,5 Prozent des Bruttoinlandsprodukts steigen sollen, sind weitere 1,5 Prozent des BIP für sicherheitsrelevante Investitionen vorgesehen: etwa für die Anpassung der Verkehrsinfrastruktur, für den Bevölkerungsschutz oder für Cyber- und Netzwerksicherheit. Europaweit entspricht das jährlich rund 320 Mrd. Euro.

Auch für Österreich als Nicht-NATO-Staat hat das Folgen. Legt man das 1,5-Prozent-Ziel als Referenzmaßstab zugrunde, ergibt sich ein potenzieller jährlicher Investitionsbedarf von rund 7,5 Mrd. Euro. Das geht aus der Studie „Verteidigungsrelevante Infrastruktur als Rückgrat souveräner Sicherheitsvorsorge“ von EY und der deutschen DekaBank hervor.

Jeder Euro löst 2,45 Euro aus

Die Investitionen stoßen laut Studie in den europäischen NATO-Ländern eine Produktion von insgesamt 822 Mrd. Euro pro Jahr an, 17 Mrd. Euro davon entfallen auf Österreich. Jeder investierte Euro führt demnach zu einem gesamtwirtschaftlichen Impuls von etwa 2,45 Euro. Profitieren dürften vor allem Bauunternehmen, Informations- und Kommunikationsunternehmen, Logistikfirmen sowie die Elektronik- und Elektrotechnikbranche.

Dazu kommen die Beschäftigungseffekte: Sofern die Infrastrukturinvestitionen wie vorgesehen zu ohnehin geplanten Projekten erfolgen, entstehen europaweit 4,4 Millionen Arbeitsplätze. Knapp 1,8 Millionen davon direkt in der Infrastrukturindustrie, ähnlich viele bei Zulieferern. In Österreich wären es rund 75.000 Jobs.

„Investitionen in Infrastruktur, von Mobilität über Energie bis zu Häfen, Flughäfen, Schutzräumen und Cyber-Sicherheit, bilden das Rückgrat militärischer Fähigkeiten“, sagt Axel Preiss, Partner bei EY Österreich und Defence Leader Europe. Die Effekte gingen über den Rüstungssektor hinaus: Solche Investitionen könnten die Konjunktur stärker ankurbeln als Rüstungsinvestitionen im engeren Sinn und bieten zugleich die Chance auf eine Modernisierung von Logistik, Verkehr und Energie.

Investitionsstau und knappe Kassen

Der Bedarf trifft allerdings auf strukturelle Engpässe. In Österreich wie in ganz Europa besteht bereits heute ein hoher Investitionsstau, die zugesagten Mittel müssten zusätzlich und möglichst kurzfristig aufgebracht werden.

Für Matthias Danne, stellvertretender Vorsitzender des Vorstands der DekaBank, führt daran kein Weg vorbei: „Der Staat wird die hohen Kosten der militärischen Infrastrukturinvestitionen nicht allein schultern können, ohne privates Kapital ist eine ausreichende Resilienz nicht erreichbar.“ Er verweist auf ÖPP-Modelle, die bei deutschen Behörden unbeliebt, international aber etabliert seien. Besonders bei Dual-Use-fähiger Infrastruktur in den Bereichen Energie, Netze, Logistik und Kommunikation ermögliche privates Kapital eine zügigere Skalierung. Auch in Österreich werde verstärkt diskutiert, wie sich privates Kapital für öffentliche Zukunftsprojekte mobilisieren lässt, ergänzt Preiss.

Als weitere Hürden nennt der EY-Partner lange Vorlaufzeiten, komplexe Genehmigungsverfahren und begrenzte kurzfristige Skalierbarkeit. Nötig seien daher beschleunigte Genehmigungen, eine koordinierte zivil-militärische Planung und eine stärkere europäische Abstimmung bei grenzüberschreitender Infrastruktur.

Was das für die heimische Szene bedeutet

Für Österreichs Technologieunternehmen trifft der erwartete Investitionsschub auf ein Feld, das sich gerade erst öffnet. Reine DefenseTech-Startups gibt es hierzulande kaum, die meisten agieren im Dual-Use-Bereich, also mit Produkten, die sich zivil wie militärisch einsetzen lassen. Genau dort setzt auch die Studie an, wenn sie Dual-Use-fähige Infrastruktur in Energie, Netzen, Logistik und Kommunikation als bevorzugtes Feld für privates Kapital nennt. Bewegung kommt zusätzlich von politischer Seite: Wirtschaftsminister Wolfgang Hattmannsdorfer hat angekündigt, gesetzliche Hürden für die heimische Rüstungs- und DefenseTech-Branche abzubauen, unter der Bedingung, dass die Neutralität gewahrt bleibt.

Erste Finanzierungsrunden zeigen, dass das Thema auch bei Investor:innen ankommt. Das 2025 gegründete Grazer Startup GuardAero, dessen Systeme Drohnenbedrohungen an Militärfahrzeugen autonom erkennen und neutralisieren, holte sich zuletzt ein Seed-Investment im niedrigen Millionenbereich von Angels United und der Beteiligungsgesellschaft von Bernhard Klemen. Zuvor hatte das Team die „Austrian Defence Innovation Garage 2025“ gewonnen und kooperiert bei Entwicklungstests mit dem Bundesheer. Ob die von EY skizzierten Milliarden tatsächlich auch bei heimischen Startups landen, wird weniger von den Zusagen abhängen als von Genehmigungsverfahren, Vergabepraxis und der Frage, wie schnell Österreich seinen eigenen regulatorischen Rahmen nachschärft.

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