Das Vorhaben klingt spektakulär: Elon Musk will das menschliche Gehirn mit einem Computer verbinden – und zwischen beiden einen Befehls- und Datenaustausch ermöglichen. Schon bald werde er zu seinem Start-up NeuraLink „etwas Interessantes“ ankündigen, versprach Musk kürzlich. Wird dem Milliardär mit High-Tech und geballter Forscher-Power gelingen, was die Neurowissenschaft schon lange versucht – also die menschlichen Gedanken präzise zu messen? Langfristig will Musk sogar ein Neural Lace erschaffen, wie es im Kultur-Zyklus des Science-Fiction-Autors Iain Banks vorkommt: Das Gerät speichert den Verstand aller Menschen in riesigen Datenbanken. Die Netflix-Serie Altered Carbon lässt ebenfalls grüßen.
Michael Gaebler ist skeptisch, dass sich Gedanken präzise messen oder gar lesen lassen – zumindest auf absehbare Zeit. „Mind-Reading-Experimente erregen die größte mediale Aufmerksamkeit“, sagt der Forscher vom Max-Planck-Institut Leipzig. „In diesen Experimenten versucht man zu rekonstruieren, woran Menschen gerade denken oder was sie fühlen, zum Beispiel auch, um Entscheidungen vorherzusagen.“ Das seien schöne Experimente, sagt Gaebler, die aber nur sehr kleine Effektgrößen hätten. „Und man ist noch ganz weit davon entfernt, das zuverlässig vorhersagen zu können. Es gibt in diesen Messungen immer sehr viel Rauschen.“ Gaebler glaubt nicht, dass die Forschung das noch zu seinen Lebzeiten hinbekommt. „Deshalb werde ich auf jeden Fall noch genug zu tun haben“, sagt er schmunzelnd. Und setzt in seiner Forschung auf Virtual Reality.
VR ermöglicht lebensechtere Stimulation
Gaebler konzentriert sich auf aktuelle Herausforderungen der Neurowissenschaft. Zum Beispiel die Frage, wie man subjektive, komplexe Erlebnisse objektiv messen kann. Die bisherigen Versuchsanordnungen hält Gaebler für nicht ausgereift. „Oft zeigt man den Probanden bei emotionalen Tests statische Schwarz-Weiß-Bilder von ärgerlichen oder traurigen Gesichtern – und hofft, dass das Emotionen in ihnen auslöst, während man ihre neurophysiologische Reaktion misst.“ Das Problem ist: Diese Tests sind hochgradig artifiziell. Gaebler glaubt, dass Virtual Reality in Labor-Experimenten sehr viel lebensechtere Stimulation ermöglicht: „Geistige Phänomene wie Denken oder Fühlen und ihre biologischen Entsprechungen lassen sich so besser messen.“
Gesagt, getan. Mit seinen Kollegen Simon Hofmann, Felix Klotzsche und Alberto Mariola entwickelte Michael Gaebler im vergangenen Jahr folgende Versuchsanordnung: Probanden bekamen eine Oculus Rift aufgesetzt, zugleich wurden ihre Hirnströme per EEG gemessen – und zusätzlich auch ihre körperlichen Reaktionen. Als Inhalt diente eine VR-Achterbahnfahrt, die herkömmlich auf Steam erhätlich ist. Diese Versuchsanordnung hat zwei Vorteile: Erstens tritt die berüchtigte VR-Simulatorkrankheit in einem solchen Setting nur selten auf, weil die User den Achterbahn-Wagen als visuellen „Anhaltspunkt“ haben. Ihnen wird also nicht so leicht schlecht oder schwindlig. Außerdem ist es einfacher, die Hirnsignale zu messen, weil die Probanden sich weniger bewegen als bei anderen VR-Experiences.
Probanden beurteilen ihr Erlebnis per Drehregler
Die Forscher zeichneten nun auf, was die Probanden während der Fahrt sahen. Dann wurden ihnen die Aufzeichnungen erneut vorgespielt. Mit einem Drehregler konnten die Probanden nun beurteilen, wie emotional die VR-Fahrt für sie gewesen war. „Anschließend haben wir die physiologischen Daten, die wir im Moment der Achterbahnfahrt gemessen haben, mit diesen selbstberichteten emotionalen Werten in Verbindung gebracht“, berichtet Gaebler.
Als Hauptmaß der physiologischen Daten dienen dabei die sogenannten Alpha-Wellen der Hirnströme. Zur Erläuterung: Gruppen von Hirnzellen synchronisieren ihre elektrischen Impulse in unterschiedlichen Frequenzen, „Alpha“ beschreibt dabei die Frequenzen um etwa 10 Hertz. Den Alpha-Rhythmus kennt die Forschung schon seit rund 100 Jahren, weil er besonders gut an der Schädeldecke messbar ist. Das Signal ist besonders stark, wenn man die Augen schließt; öffnet man sie wieder, geht es zurück. Weniger Alpha-Wellen können also als Maß höherer Hirn-Erregung bzw. höheren Hirn-Arousals benutzt werden.
„Unsere Hypothese war: Emotionales Erleben hängt mit Hirn-Arousal zusammen. Je stärker eine Situation emotional erregt, desto geringer der Signalanteil im Alpha-Frequenzband“, sagt Gaebler. „Das konnten wir bei dem VR-Experiment auch tatsächlich feststellen und aus der Menge an Alpha-Wellen die emotionale Erregung signifikant vorhersagen“. Der Zusammenhang ließ sich also auch unter lebensnäheren Bedingungen bestätigen. Noch wurde die Studie (Arbeitstitel: „Neurophysiophenomenologie – die Neurophysiologie des subjektiven Erlebens bei einer virtuellen Achterbahnfahrt“) nicht veröffentlicht. Doch sie zeigt, dass die VR-Technologie dabei helfen kann, neurowissenschaftliche Ergebnisse in realistischeren Versuchsaufbauten zu überprüfen und zu erweitern.
VR gewinnt auch in der Therapie an Bedeutung
VR soll aber nicht nur bessere Forschungsergebnisse ermöglichen. Auch in der Therapie wird sie immer wichtiger. So kommt VR beispielsweise bei der Behandlung von US-Soldaten mit Posttraumatischer Belastungsstörung (Posttraumatic stress disorder, PTSD) zum Einsatz: Die Soldaten erleben traumatisierende Kriegssituationen in VR erneut. Auch in anderen Expositionstherapien werden Patienten mit ihren Ängsten konfrontiert, zum Beispiel vor Spinnen oder Abgründen. VR ist dafür besonders gut geeignet, weil es die Inhalte ohne großen Aufwand simuliert – und weil der Therapeut auch nicht unbedingt dabei sein muss.
In Deutschland gibt es „VReha“. An dem Projekt sind mehrere große Forschungseinrichtungen beteiligt, unter anderem die Berliner Charité, das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut Berlin und das Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, an dem Michael Gaebler forscht. Gestartet ist „VReha“ im Dezember 2017, das Projekt läuft noch bis November nächsten Jahres. „Wir entwickeln selbst VR-Anwendungen“, berichtet Gaebler. Ziel ist, dass Patienten diese Apps selbst nutzen – und dass die Forscher besser diagnostizieren können, welche kognitiven Einschränkungen es gibt. Nach einem Schlaganfall erinnern sich manche Patienten nicht an alltägliche Dinge, zum Beispiel, was sie einkaufen wollten oder wie sie vom Supermarkt nach Hause zurückfinden.
Die Standard-Tests sind oft zu alt und abstrakt
Solche kognitiven Einschränkungen sind laut Gaebler deutlich schwieriger zu diagnostizieren als die Einschränkung des Bewegungsapparats, etwa Lähmungen. „Die Standard-Tests sind auch oft alt und sehr abstrakt. Ganz oft sind das Papier-und-Bleistift-Tests, bei denen Probanden zum Beispiel eine komplexe Strichzeichnung nachzeichnen müssen.“ Die Forscher entwickeln deshalb VR-Apps, in denen die Patienten bestimmte Aufgaben lösen. In einer räumlichen Gedächtnisaufgabe sehen die Probanden beispielsweise einen Schreibtisch mit Gegenständen wie Papier, Locher oder Stiften. Diese Gegenstände werden weggenommen und müssen wieder so angeordnet werden wie zuvor.
Bei dem Test soll neben VR-Brillen auch die Gestensteuerung Leap Motion zum Einsatz kommen, damit die Interaktion mit der Umwelt möglichst natürlich ist. „Wir haben die komplette Kontrolle über die VR-Welt und können das Verhalten der Patienten detailliert messen“, beschreibt Michael Gaebler die Vorteile. „Wir wissen genau, wie lang der Patient für die Aufgabe gebraucht hat, welche Fehler er gemacht hat und so weiter.“ Ziel sei, eine feinere Diagnostik zu entwickeln.
Zum Einsatz kommt auch ein Eye-Tracker aus Berlin
An einem realen Schreibtisch ließe sich der Text übrigens nicht so gut machen, sagt Gaebler: „Das hat viele Nachteile. Zum Beispiel ist der Personalaufwand höher und die Messgenauigkeit niedriger.“ Für die VR-Diagnose nutzen die Forscher auch Eye-Tracker des Berliner Start-ups Pupils Labs. Weitere Fortschritte für das Reha-Projekt erhofft sich Gaebler von kabellosen VR-Brillen wie der Oculus Quest, die 2019 erscheinen soll.
Die „VReha“-Macher haben große Pläne. „Wir wollen nicht nur Diagnostik verbessern, sondern das Ganze auch in ein Therapieverfahren umwandeln“, betont Gaebler. „Wir sagen nicht: VR ist die absolute Lösung, damit wird alles besser. Wir wollen nur herausfinden, wie sich eine VR-basierte Diagnostik zu den klassischen Verfahren verhält.“ Mehr Spaß macht sie den Patienten allemal – und das ist auch nicht gerade unwichtig.
