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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Aus Tausendundein Dach wird Tausendundein Speicher – Gründerin Cornelia Daniel erklärt den Wandel

Die Initiative Tausendundein Dach, die seit 2014 gemeinsam mit rund 400 österreichischen Betrieben Photovoltaik auf Gewerbedächer gebracht hat, ging mit ihrer Fortsetzung Tausendundein Speicher an die Öffentlichkeit. Gründerin Cornelia Daniel teilt ihre Gedanken, die zu ihrer neuen Initiative geführt haben.
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Tausendundein Speicher
© Dachgold e.U - Cornelia Daniel, Initiatorin von Tausendundein Speicher, vor dem dritten Speicher der Initiative in Himberg, Niederösterreich.

Um Tausendundein Dach war es etwas ruhig geworden in letzter Zeit. Das Unternehmen wurde 2014 von Cornelia Daniel, Inhaberin der Solarberatung Dachgold, und dem Photovoltaikspezialisten 10hoch4 gegründet. Vor über drei Jahren erreichte man – Nomen est Omen – ein langgehegtes Ziel und enthüllte das 1001. Photovoltaik-Dach auf der Interspot Film GmbH in Wien, brutkasten berichtete.

Der Weg von Tausendundein Dach bis zu Tausendundein Speicher

2025 folgte erstmals die Errichtung einer Photovoltaikanlage auf einem denkmalgeschützten Gebäude, am Schloss Rodaun, und damit das 1.235. Dach. Nun widmet man sich mit dem neuen Namen Tausendundein Speicher der Errichtung von 1.001 dezentralen Gewerbespeichern bis 2033.

„Nach dem Kraftakt von Tausendundein Dach fangen wir noch einmal von vorne an“, erklärt Cornelia Daniel gegenüber brutkasten. „Wenn man so ein großes Ziel erreicht hat, dann bleibt die Frage, was kommt danach?“

Daniel hatte darauf nicht gleich die richtige Antwort, gesteht sie, als sie nach ihren nächsten Zielen, der nächsten Vision gefragt wurde: „2.000 Dächer bzw. 10.000 Dächer klangen langweilig.“ Zudem merkte die Founderin, dass in der aktuellen Rezession die Investitionsbereitschaft in PV trotz bleibender Nachfrage sank.

So sprach Daniel mit Kunden, hörte zu, erkannte ihren Bedarf und merkte, dass sich im Dezember 2024 ein Schlüsselmoment entfaltete. „Die Batteriepreise hatten sich halbiert und die Strompreise waren gestiegen“, erklärt sie. „Plötzlich rechneten sich Speicher, was vorher nicht der Fall war.“

Start 2025

Ab Anfang 2025 beschäftigte sich die Gründerin somit intensiv mit dem Thema, entwickelte (gemeinsam mit einem deutschen Partner) Tools zur Berechnung und plötzlich war der Moment da. „Es war irgendwie einfach logisch. Etwas, wo man später denkt, warum sind wir nicht schon vorher darauf gekommen.“

Also startete Daniel Tausendundein Speicher und setzte erste Projekte um, damit sie bereits etwas vorweisen konnte, noch bevor sie an die Öffentlichkeit ging.

Erste Speicher in Betrieb

So laufen bereits die ersten Gewerbespeicher: Elf Anlagen mit zusammen rund 900 Kilowattstunden sind in Betrieb, sechs in Wien und fünf in Niederösterreich. Das Spektrum reicht derzeit von 14 bis 240 Kilowattstunden.

„Alle bleiben mit ihrer Anschlussleistung unter 250 Kilowatt und fallen damit in die einfachste Anschlusskategorie, ohne teure Netztechnik und erweiterte Nachweise. Der Fokus liegt bewusst auf dieser Größenklasse. Eine Beschränkung ist das nicht: Größere Anlagen werden auf Wunsch samt Verfahren umgesetzt“, heißt es per Aussendung. Anm.: Mit der nächsten Stufe des Elektrizitätswirtschaftsgesetzes dürfen Unternehmen ab 1. Oktober Strom zwischen eigenen Standorten teilen und direkt an andere Betriebe liefern.

© Dachgold e.U – Cornelia Daniel in Himberg, Niederösterreich.

Tausendundein Speicher simuliert

Laut eigenen Angaben braucht Österreich bis 2040 8,7 Gigawatt Batteriespeicherleistung, davon 6,0 Gigawatt dezentral bei Haushalten und Gewerbe. Nur gehe, so Daniel, der Ausbau zäh voran.

„Ich sehe Großspeicherprojekte, die seit drei bis sechs Jahren in Planung sind und noch immer nicht am Netz. Unsere Anlagen stehen in wenigen Monaten.“ Mittelgroße, betriebsintegrierte Speicher hinter dem Zählpunkt einer bestehenden PV-Anlage seien nämlich „genehmigungsarm und, wenn keine baulichen Maßnahmen nötig sind, schneller am Netz“.

Jede Anlage wurde vorab anhand des tatsächlichen Viertelstunden-Lastprofils des Betriebs simuliert, nicht „einfach überschlagen“. Ein Gewerbespeicher rechnet sich, so die Gründerin, selten über einen einzigen Effekt. Entscheidend sei das sogenannte Profit-Stacking: Mehrere Erlösquellen werden kombiniert. Dazu gehört zunächst, mehr vom selbst erzeugten Solarstrom zu nutzen. Hinzu kommen die Kappung von Lastspitzen, die den Leistungspreis bestimmen, und ein intelligenter Stromeinkauf, bei dem der Speicher in günstigen Stunden geladen wird, erklärt sie.

„Speichern durfte man immer. Was sich ändert, ist, dass es sich jetzt rechnen lässt“, erklärt Daniel. „Weil Viertelstundenwerte für viele Zählpunkte verfügbar sind, können wir einem Betrieb ziemlich genau sagen, was es ihm bringt, seine Verbräuche zu verschieben. Das war jahrelang Bauchgefühl. Jetzt ist es eine Rechnung, und sie geht auf.“

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