23.08.2013, 10:17 Uhr | 0 |

Neuer Blick ins Hirn Computer erkennt, welche Buchstaben der Mensch liest

Mit einem hochauflösenden Hirnscan und einem lernfähigen mathematischen Modell können Forscher die Hirnaktivität des Menschen sehr genau nachvollziehen. Nun ist es niederländischen Forschern gelungen, die Buchstaben zu bestimmen, die Probanden gerade anschauten. Der Computer liest die Information direkt aus dem Gehirn mit.

Rekonstruktion des Wortes „BRAINS“ anhand der Hirnaktivität eines Probanden.
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Rekonstruktion des Wortes „BRAINS“ anhand der Hirnaktivität eines Probanden, der die Buchstaben gelesen hat.

Foto: Radboud University Nijmegen/Schoenmakers

Die Grundlage der neurologischen Forschung mittels hochauflösender funktioneller Magnetresonanztomographie (MRI) ist „einfach“: Während der Proband eine vorgegebene Aufgabe erfüllt, wird gemessen, ob eine bestimmte Region im Gehirn mit sauerstoffreichem Blut versorgt wird, also aktiv ist oder nicht. Niederländische Forscher haben nun eine Software entwickelt, mit der sie ihren Probanden gewissermaßen beim Lesen zuschauen können.

Der Computer liest die Daten aus der Sehrinde

Sanne Schoenmakers und ihre Kollegen vom Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour an der niederländischen Radboud Universität wollten herausfinden, welche handschriftlichen Buchstaben ein Proband gerade sah. Da die einzelnen Buchstaben bestimmte Aktivitätsmuster im Gehirn erzeugen, mussten sie dem Computer beibringen, diese zu erkennen und korrekt als Buchstabe zu rekonstruieren.

Dafür wurde die gesamte Sehrinde in winzige dreidimensionale Würfel unterteilt, sogenannte Voxel. Das Computerprogramm liest die Daten für jeden dieser 2x2x2 Millimeter kleinen Voxel aus und errechnet daraus die jeweilige Aktivität. Weil die Forscher heute bereits relativ gut bestimmen können, welche Sehinformation welcher Aktivität im Sehzentrum entspricht, ist die Software gezielt darauf programmiert, die einzelnen Voxel bestimmten gesehenen Pixeln zuzuordnen.

Für den eigentlichen Test lagen die Probanden im Hirnscanner, während vor ihnen auf einem Bildschirm nacheinander verschiedene handschriftliche Buchstaben erschienen. In den ersten Durchgängen erzeugte das Auswerte-Programm daraus eher unscharfe, verpixelte Bilder, eine Art Punktmuster, das den Buchstaben höchstens erahnen ließ. „Danach aber haben wir etwas Neues probiert“, erklärt Studienleiter Marcel van Gerven, „wir haben dem Modell zuvor beigebracht, wie Buchstaben aussehen“.

Bekam die Software dann die Voxel-Informationen aus der Sehrinde der Probanden, konnte sie die unscharfen Abbilder mit den Buchstaben abgleichen und so auch die Rekonstruktion des Gesehenen verbessern. „Das Ergebnis war tatsächlich eine echte Rekonstruktion des Buchstabens“, so van Gerven.

Lernfähige Software bildet auch unbekannte Buchstaben korrekt ab

Das Prinzip hinter diesem Verfahren sei ganz ähnlich dem, mit dem auch das Gehirn selbst neue Sinneseindrücke mit Vorwissen kombiniere, glauben die Forscher. Auch die Linien und Kurven der Buchstaben in einem Artikel wie diesem könne ein Leser nur deshalb erkennen, weil sein Gehirn gelernt habe, diese Formen als Buchstaben zu interpretieren. Und genau das mache auch das Analyse-Programm. Weil die Software lernfähig war, konnte sie zudem selbst dann gute Bilder erzeugen, wenn ihr der spezifische Buchstabe zuvor nicht bekannt war, wie die Wissenschaftler berichten.

Schoenmakers und ihre Kollegen wollen ihr Verfahren nun weiter verfeinern und die Auflösung der Hirnscans durch bessere Magnetresonanztomographen weiter erhöhen. Statt der Informationen aus 1200 Voxeln soll das Programm dann mit Daten von 15 000 Voxeln arbeiten. Ihr Ziel sei es, sagt Sanne Schoenmakers, eines Tages auch subjektive Eindrücke wie Träume oder Erinnerungen auf eine solche Weise auszulesen. 

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Von Gudrun von Schoenebeck
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