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FMRI Brain Scanner liest Gedanken Buchstabe für Buchstabe
Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, fMRI-Gehirn-Scans zu verwenden, um Gedanken Buchstaben für Buchstaben in Echtzeit zu lesen. Sie schlagen vor, dass ihr "Gehirn-Scan-Speller" Potenzial hat, Gelähmten zu helfen, die sich nicht bewegen oder sprechen können, wie solche mit einem sogenannten "Locked-in-Syndrom", um sich zu unterhalten.
Bettina Sorger von der Universität Maastricht in den Niederlanden und ihre Kollegen berichten in ihrer Online - Ausgabe vom 28. Juni Aktuelle Biologie.
Menschliche Kommunikation hängt davon ab, dass sie in der Lage sind, eine Vielzahl von Muskeln zu bewegen und zu benutzen, wie zum Beispiel bei der Bildung von Lauten und Worten und bei Gesten und Mimik. Dazu muss das neuromuskuläre System gesund und unbeschädigt sein. Aber schwer motorisch behinderte Patienten, wie solche mit Locked-in-Syndrom, die voll bewusst und bewusst sind, können keine Hin-und-Her-Konversation haben, weil ihr neuromuskuläres System nicht intakt ist.
Die Herausforderung für Wissenschaftler, Wege zu finden, um solche Patienten zur Kommunikation zu befähigen, besteht darin, diejenigen Teile des Gehirns anzuzapfen, die die mentalen Aufgaben der Kommunikation ausführen, ihnen aber die Mittel, sie körperlich auszudrücken, durch das motorische System oder willkürliche Muskeln zu verweigern .
fMRI verfolgt die Gehirnaktivität durch Messung der Veränderungen des Blutflusses (Hämodynamik) und des Sauerstoffgehalts im Gehirn. Wenn ein Gehirnbereich aktiver ist, verbraucht er mehr Sauerstoff, und um diesen Anstieg der Nachfrage zu decken, steigt der Blutfluss in das Gebiet. So Mithilfe von fMRI können Forscher Aktivierungskarten erstellen, die zeigen, welche Teile des Gehirns an bestimmten Gehirnprozessen beteiligt sind.
Neurowissenschaftler wie Adrian Owen und sein Team haben die fMRT bereits eingesetzt, um das Bewusstsein von Menschen einzuschätzen, die sich in einem unbewussten vegetativen Zustand befinden und somit nicht in der Lage sind, zu denken. So konnten sie mit Fragen ja oder nein antworten.
Die jüngste Studie von Sorger und Kollegen bringt diese Arbeit noch ein Stück weiter, wie Sorger der Presse erklärte:
"Die Arbeit von Adrian Owen und seinen Kollegen veranlasste mich zu der Frage, ob es überhaupt möglich sein könnte, fMRT, mentale Aufgaben und geeignete experimentelle Designs zu verwenden, um Gedanken Buchstaben für Buchstaben frei zu kodieren und damit die Hin-und-Her-Kommunikation zu ermöglichen das Fehlen von motorischem Verhalten. "
In ihrer Arbeit beschreiben Sorger und Kollegen, wie sie ihre Briefkodierungstechnik getestet haben. Die Teilnehmer wurden gebeten, Buchstaben auf einem Bildschirm auszuwählen und für jeden Buchstaben eine bestimmte mentale Aufgabe für einen bestimmten Zeitraum auszuführen. Jede Aufgabe erzeugte ein anderes fMRI-Gehirnmuster, das dann in den entsprechenden Buchstaben kodiert wurde.
Am Ende dieser "Trainingsperiode" produzierten die Teilnehmer 27 verschiedene Gehirnmuster, eines für jeden Buchstaben des Alphabets und ein Leerzeichen.
Sorger und Kollegen schreiben:
"Durch die Ausnutzung der raumzeitlichen Eigenschaften der hämodynamischen Reaktionen, hervorgerufen durch zeitlich unterschiedliche mentale Bilderaufgaben, ermöglicht unsere neuartige Briefkodierungstechnik die Übersetzung beliebiger frei wählbarer Antworten (Buchstabe für Buchstabe) in zuverlässige und differenzierbare fMRT-Einzeluntersuchungssignale."
Mit dem Gehirn-Scan-Speller führten die Forscher auch Mini-Gespräche mit den Teilnehmern, bestehend aus zwei offenen Fragen und Antworten. Jeder, den sie getestet haben, hat innerhalb einer einstündigen Sitzung Antworten geliefert.
"Da das vorgeschlagene Rechtschreibgerät nur wenig Aufwand und Vorschulung erfordert, ist es sofort betriebsbereit und besitzt ein hohes Potenzial für klinische Anwendungen, sowohl in Bezug auf die Diagnose als auch auf die kurzfristige Kommunikation mit nicht ansprechenden und stark motorisch eingeschränkten Patienten", schreiben sie in ihren Schlussfolgerungen .
Sorger sagte, dass sie nun die fMRT-basierte Technik auf eine portablere und erschwinglichere Technologie übertragen wollen, wie die funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS), die auch den Blutfluss misst.
Geschrieben von Catharine Paddock
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