Dirt Eater

1999

Würzburger Physikern gelang Schritt in Richtung Quantencomputer
Hoffnung für Blinde: Künstliche Netzhaut ersetzt zerstörte Sehzellen
Leistungsfähiger Einzelmolekül-Schalter entwickelt: Der erste Hybrid-Rechner schon in 5 Jahren?
Implantat soll gelähmte Beine Laufen lehren
Pilotenhelm mit Projektionsbrille vereinfacht das Fliegen
Mit intelligenter Armprothese aus Japan kann man bereits nach wenigen Minuten zugreifen
Gehirnzellen bewegen Roboterarm
Virtueller Beifahrer warnt vor Unfall
Künstliche Muskeln aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen entwickelt
Die Kraft der Gedanken läßt vollständig Gelähmte wieder schreiben

Würzburger Physikern gelang Schritt in Richtung Quantencomputer

21.12.1999

Theoretiker denken schon länger über den Quantencomputer – einen völlig neuartigen und leistungsfähigeren Computer – nach (bdw-News-Ticker vom 9.9.1998). Bislang fehlte aber immer die Möglichkeit, die Drehimpulse (Spins) einzelner Elektronen in Halbleiter-Chips manipulieren zu können. In der neuesten Ausgabe von Nature stellten Physiker von der Universität.Würzburg ihren Lösungsvorschlag vor

Laurens Molenkamp, Professor für Physik in Würzburg, hat erstmals den Drehimpuls von Elektronen in eine vorgegebene Richtung gezwungen und die derart polarisierten Elektronen in ein Halbleiterelement eingebaut. Die Polarisation wurde in einer extrem dünnen Schicht bewerkstelligt, die aus einem magnetischen II-VI-Halbleiter besteht. Und war zudem erstaunlich effizient: Rund 90 Prozent der Elektronen-Spins zeigten danach in dieselbe Richtung.

Der Quantencomputer arbeitet mit einem völlig anderen Prinzip als herkömmliche Rechner. Die speichern und verarbeiten Zahlen digital. Das heißt, eine Informationseinheit, ein Bit, ist entweder "logisch 1" oder "logisch 0". Dieses Bit wird innerhalb des Prozessors in die reale Welt der Elektronik versetzt, indem ein Kondensator entweder geladen (0) oder ungeladen (1) ist. In den Prozessoren von heute beherbergt jeder Kondensator, von denen es Millionen darin gibt, rund 10.000 Elektronen. Elektronen besitzen aber außer ihrer Ladung auch einen Spin. Diesen Drehimpuls gibt es in zwei Sorten. Denn entweder "dreht" sich das Elektron links- oder rechtsherum – Physiker nennen das Spin up oder down. Die Idee des Quantencomputers ist es nun, nicht Speicherzellen aus 10.000 Elektronen zu bauen, sondern aus einem Einzelnen, das einen bestimmten Spin hat. Die Rechenoperationen in einem Quantencomputer würden durch eine Kopplung dieser Spins zustandekommen und eine viel größere Leistungsfähigkeit mit sich bringen.

Für Molenkamp eröffnen seine Ergebnisse ein völlig neues Arbeitsgebiet. Es sei abzusehen, dass die Würzburger Arbeiten den Anstoß für weltweite Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Spin-Manipulation geben werde, sagt er: "Wir haben gezeigt, daß die Grundlagen für einen Quantencomputer funktionieren." Allerdings denkt er, dass bis ein solcher tatsächlich gebaut werden könne, noch mindestens zehn Jahre ins Land gehen würden.
[Quelle: Cornelia Pretzer und idw.]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Hoffnung für Blinde: Künstliche Netzhaut ersetzt zerstörte Sehzellen

25.11.1999

Allein in Deutschland sind ca. 130.000 Menschen auf Grund einer erblichen Netzhautzerstörung erblindet oder verlieren durch einen altersbedingten Abbau der lichtempfindlichen Zellen in der Macula teilweise ihr Augenlicht. Weltweit arbeiten mehrere Forschungsgruppen daran, den Erblindeten - wenigstens teilweise - ihr Augenlicht zurückzugeben. In Deutschland forschen Wissenschaftler in Bonn und Tübingen an diesem Thema. Das Bundesforschungsministerium hat ihre Arbeit in den letzten vier Jahren mit insgesamt 18 Millionen Mark gefördert.

In der Tübinger Gruppe um Professor Eberhart Zrenner wird eine Folie mit winzigen Photodioden anstelle der zerstörten Zellen eingepflanzt. Die Photodioden funktionieren wie Solarzellen: einfallendes Licht regt die Dioden zur Abgabe von winzigen Stromstössen an, wobei die Stärke des Reizes von der Intensität des einfallenden Lichtes abhängt. Die benachbarten Neuronen (Nervenzellen) der Retina leiten diese über den Sehnerv an das Gehirn zur Bildverarbeitung weiter. Experimente an Kaninchen und Schweinen haben die grundsätzliche Funktionsweise des Implantates auch über einen längeren Zeitraum gezeigt.

In den nächsten drei Jahren soll die Entwicklung eines Implantates für den Menschen in Angriff genommen werden. Bis dahin sind jedoch noch einige Hürden zu nehmen: So reicht die Energie des einfallenden Lichtes nicht aus, um die Photozellen für eine längere Zeit funktionstüchtig zu halten - man benötigt eine zusätzliche externe Energieversorgung. Auch hängt die Einsatzmöglichkeit von der Verfügbarkeit gesunder Nervenzellen in der Netzhaut des Patienten ab.

In der Bonner Gruppe um Professor Rolf Eckmiller hat man diesen Ansatz in eine andere Richtung weiterentwickelt. Das Gesamtsystem besteht hier zum einen aus einer auf die Netzhaut aufgepflanzten Elektrodenfolie und zum anderen aus einer ausserhalb des Auges angebrachten Kamera und einem Prozessor. Mit der Kamera ist es möglich, Bilder aus der Perspektive des Gesichtsfeldes aufzuzeichnen. Diese werden vom Prozessor in elektrische Signale umgewandelt und weiter an die Elektrodenfolie geleitet. Die Übertragung funktioniert mit Hilfe hochfrequenter Impulse und versorgt auch die Folie mit Energie. Von der Elektrodenfolie werden die Signale wiederum an die Neuronen weiter gegeben und gelangen via Sehnerv an das Gehirn. Die Kamera und der Prozessor sollen später in eine Brille integriert werden.

Untersucht werden muss noch die Langverträglichkeit des Systemes, aber so Eckmiller: "Im Tierexperiment haben wir das Gesamtsystem weitgehend erfolgreich erprobt". Bis ein voll funktionstüchtigens Implantat eingesetzt werden kann, werden laut Eckmiller noch fünf bis acht Jahre vergehen.

Das komplette Augenlicht wird den Erblindeten allerdings auch die künstliche Netzhaut nicht zurückerstatten: "Sie werden grössere Gegenstände erkennen, aber keine Farben oder Details", schränkt Zrenner allzu hochfliegende Hoffnungen ein.
[Quelle: Katja Bammel und Die Welt]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Leistungsfähiger Einzelmolekül-Schalter entwickelt: Der erste Hybrid-Rechner schon in 5 Jahren?

23.11.1999

Was bewirkt den Sprung ins nächste Computerzeitalter: der Quanten-, Licht- oder - wie eine Studie in Science meint - der molekulare Computer? "Die Hälfte der Arbeit ist getan", kommentiert der Wissenschaftler James Tour von der Rice Universität. Seine Gruppe entwarf in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Yale Universität den ersten molekularen Schalter, der wie ein Transistor in herkömmlichen Siliziumcomputern beliebig oft an- und abgeschaltet werden kann. Die andere nicht zu vernachlässigende Hälfte ist der Speicher des Computers.

Die Eigenschaften dieses Schalters - bestehend aus nur einem Molekül - sind atemberaubend. Nicht nur passen auf die Fläche eines Silizium-Transistors eine Million dieser molekularen Schalter. Das Prinzip des molekularen Schalters ist ganz einfach. Wie beim Silizium-Transistor wird der binäre Code, also die Null-Eins-Sprache, in leitend und nicht-leitend dargestellt. Die Moleküle leiten den elektrischen Strom nur bei einer ganz bestimmten Spannung - liegt sie höher oder tiefer ist der Strom blockiert. Im Gegensatz zu den momentan eingesetzten Schaltern sind die Null-Eins-Signale des Einzel-Molekules schärfer und darum auch zuverlässiger. Diese beiden Faktoren – die hohe Packungsdichte und das schärfere Signal - versprechen eine drastische Erhöhung der Rechnerleistung. Auch sollen die "Chips" der zukünftigen molekularen Computer um mehr als einen Faktor Tausend preiswerter sein, da sie sich nach einer neu entwickelten Methode "wie von selbst anordnen". Doch nicht genug: Selbst der Energieverbrauch soll deutlich geringer ausfallen.

Ein grosses Problem gibt es allerdings doch noch bei diesen molekularen Schaltern: Sie funktionieren nur bei minus 210 °C. Doch selbst hier scheinen die Forscher bereits einen Ausweg gefunden zu haben. Sie berichten von einem neuen Schalter-Molekül, welches bei Raumtemperatur arbeitet – allerdings ist in diesem Fall die Signalschärfe noch zu gering. Tour ist zuversichtlich: "In fünf bis zehn Jahren wird es die ersten Hybrid-Computer geben - halb molekular, halb Silizium."

Mit der Bezeichnung der Schalter-Moleküles "2'-amino-4-ethynylphenyl-4'-ethynylphenyl-5'-nitro-1-benzenethiol" lässt sich wohl nur Werbung auf der Kino-Breitleinwand machen. Für eine ansprechende Markteinführung müsste wohl noch ein etwas kürzerer und einprägsamerer Name gefunden werden.

Weiteres zum Thema Computer finden Sie hier.
[Quelle: Marcel Falk]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Implantat soll gelähmte Beine Laufen lehren

16.11.1999

Ein Implantat in der Wirbelsäule könnte manch einem Querschnittsgelähmten wieder zum Laufen verhelfen. Eine neue Methode, schwache Nervensignale zu verstärken, erwies sich in Versuchen mit Katzen als erfolgreich - in den kommenden zwei Jahren sollen klinische Versuche den Erfolg auch bei menschlichen "Versuchstieren" bestätigen.

Etwa vier von fünf Menschen mit verletzter Wirbelsäule sind noch in der Lage, Muskeln in ihren Beinen geringfügig bewegen zu können. In solchen Fällen sind die Nervenstränge zum Unterkörper nicht völlig abgetrennt, sondern einzelne Nerven erlauben noch eine schwache Signalübermittlung. Hier setzen die kanadischen Wissenschaftler an: Sie wollen mit einem implantierten "Signalverstärker" die Befehle vom Hirn ans Bein vor dem "Versickern" retten und dem Patienten zumindest eine teilweise Mobilität zurückgeben.

Grundbewegungen wie das Laufen sind nicht komplett vom Hirn kontrolliert, von dort kommt nur der Impuls: Dieser wird dann durch sogenannte Rückkopplungsschleifen zwischen den motorischen Nerven in der unteren Wirbelsäule und den sensorischen Nerven in den Muskeln reflexartig verstärkt und in Gang gehalten.

Falls also die Nerven unterhalb der Rückgratverletzung intakt sind und ein ausreichend starkes Signal bekommen, sollte das Laufen wieder möglich sein. Arthus Prochazka und Vivian Mushahwar von der University of Alberta in Edmonton entwickelten Implantate, die direkt an einem Wirbelkörper angebracht werden. Von hier aus laufen sogenannte Mikro-Drähte aus Platin und Iridium in die Nervenstränge des Rückgrats, wo sie die Signale von den Nerven verstärken.

An acht gesunden Katzen testete man die Vorrichtung, wobei die Tiere offenbar keinen Schmerz empfanden. Die Hälfte der Tiere war unter Narkose gesetzt, die anderen wach und aktiv. Über die Mikrodrähte schickten die Forscher einen kleinen elektrischen Strom an verschiedene Teile der Wirbelsäule, zwischen 25 und 40mal pro Sekunde. In allen Fällen reagierten die Tiere mit einer Bewegung der Hinterbeine, die wachen Katzen brachte man sogar dazu, ihr volles Gewicht auf die Hinterbeine zu stellen.

Elektrische Muskelstimulierungen sind zuvor auch anderen Forschergruppen gelungen, doch im Gegensatz dazu funktionierte Prochazkas und Mushahwars Ansatz immer noch, als sie die Amplitude der Signale auf nur 50 Mikroampère herunterdrehten: Dies ist zu niedrig, um die Muskelbewegung direkt auszulösen. Stattdessen verstärken sie die natürlichen Impulse, die noch durch die Nervenbahn gelangen.

Zwar warnen die Wissenschaftler vor übersteigerten Hoffnungen, doch sind Versuchsreihen in Zusammenarbeit mit der Alberta Paraplegic Foundation und der Alberta Heritage Foundation for Medical Research bereits in Planung. Zunächst möchte man Querschnittsgelähmten dazu verhelfen, aufzustehen und ihre Beine zu bewegen. "Laufen mit Hilfe eines Gestells könnte in weiteren Jahren möglich werden", sagt Prochazka vorsichtig vorher.
[Quelle: Dörte Saße, NewScientist und bbc]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Pilotenhelm mit Projektionsbrille vereinfacht das Fliegen

7.9.1999

Den "Blick aus den Augenwinkeln" nutzt ein neuartiger Pilotenhelm, der herkömmliche Instrumenten-Panels im Cockpit offenbar überflüssig macht. Das neue System namens OZ soll Piloten sogar das Weiterfliegen ermöglichen, nachdem sie durch Laserwaffen vorübergehend erblindet sind, so das Entwicklerteam des Institute for Human and Machine Cognition an der University of West Florida, Pensacola. Laserwaffen beschädigten nur das Zentrum des Sichtfeldes.

Bei OZ wird die Information der Fluginstrumente direkt auf die Fliegerbrille des Piloten projiziert. Anders als traditionelle Instrumenten-Panels - oder auch bisher entwickelt Brillen-Displays - nutzt das System dabei mehr als nur das Blickzentrum. Im Abstand einer Armlänge macht das Zentrum lediglich zwei Daumenbreiten aus, so Dave Still, Pilot und Experte in physiologischer Optik am Institut. Deshalb müssen Piloten bisher jedes Instrument einzeln betrachten und die abstrakte Information aufnehmen und berechnen, bevor sie handeln können. Die Reaktionszeit schätzt man auf eine Fünftelsekunde pro Instrument.

OZ hingegen erlaubt dem Piloten, alle Navigations-, Kommunikations- und Fluginformation gleichzeitig und mit einem Blick aufzunehmen, so die Entwickler. Gleichzeitig muß der Pilot nie den Blick von Start- oder Landebahn abwenden. Die Wissenschaftler steckten die jüngsten Forschungsergebnisse zur peripheren Sicht in das System: graphische Elemente sollen die üblichen optischen und neurologischen Filter des Auges umgehen und das Hirn direkt erreichen, so Still: "OZ nutzt die Fähigkeit des menschlichen Sichtsystems, große Informationsmengen aus weiten Bereichen des Blickfeldes zu gleichzeitig zu verarbeiten und zum Hirn weiterzuleiten".

Erste Testergebnisse zeigen, dass die Reaktionszeit dabei auf weniger als eine Zehntelsekunde sinkt. Beispielsweise wechseln bunte Punkte im Rand des Blickfeldes warnend die Farbe, sobald der Pilot zu hoch oder zu niedrig fliegt. Auch Nicht-Piloten, die an den OZ-Tests teilnahmen, konnten nach einer halbstündigen Einweisung ein Flugzeug im Simulator erfolgreich und problemlos steuern. Sämtliche Information auf dem Display entstammt den selben Quellen wie bei den traditionellen Instrumenten - damit ist OZ für beinah jedes moderne Flugzeug ebenso einsetzbar wie in ferngesteuerten U-Booten und, möglicherweise, sogar in der Raumfahrt. Das OZ-Team untersucht derzeit, ob auch SpaceShuttle-Piloten von ihrem System profitieren können.
[Quelle: Dörte Saße und NewScientist]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Mit intelligenter Armprothese aus Japan kann man bereits nach wenigen Minuten zugreifen

3.8.1999

Eine elektronische Gliederprothese mit Muskelsignalen zu steuern, lernen viele Amputierte in wenigen Monaten. Ein Kontrollchip aus Japan soll diese Zeit jetzt auf wenige Minuten herabschrauben, indem die Prothese selbst einen Teil des Lernens übernimmt und sich dem jeweiligen Träger anpaßt. Nach einer Amputation können die meisten Patienten die Muskeln im verbleibenden Stumpf weiterhin kontrolliert bewegen. Dabei produzieren sie Nervensignale, die sich über Elektromyographie(EMG)-Sensoren auffangen lassen - und mit viel Übung elektrische Prothesen in Echtzeit gezielt steuern können. Wissenschaftler der japanischen University of Tsukuba entwickelten nun einen lernfähigen Steuerungschip, der die Muskelsignale der einzelnen Patienten effektiver interpretieren kann. Auch aus groben Bewegungen ungeübter Patienten kann er quasi herauslesen, welche Bewegung gemeint ist. Der sogenannte "entwicklungsfähige Hardware"(EHW)-Chip bedient sich dazu eines genetischen Algorithmus: Ähnlich wie in der natürlichen Evolution sortiert der Chip aus vielen ähnlichen Muskelsignale jene heraus, die sich am erfolgreichsten zum Erreichen des Ziels herausstellen. Die Handprothese, in welcher der Chip bisher getestet wird, kann sechs verschiedene Aktionen ausführen, etwa greifen oder die Finger ausstrecken. Trainiert wird das System mit Hilfe von EMG-Aufzeichnungen, während der Patient die verschiedenen Aktionen ausprobiert. Nach lediglich zehn Versuchen pro beabsichtigter Aktion erreichte das System bereits eine Erfolgsrate von 81 Prozent Genauigkeit.

Besonderer Bonus des Systems, so sein Entwickler Isamu Kajitani auf einer Fachkonferenz vorige Woche: wenn die Muskelsignale eines Patienten sich verändern oder verschlechtern - was sie häufig tun - kann sich der Chip automatisch auch den Veränderungen anpassen, während sie geschehen. Kajitanis Forscherteam plant nun, mit klinischen Versuchen zu beginnen. Außerdem arbeitet man an einer verbesserten Handprothese, die auch stark und geschickt genug wäre, eine Limonadendose zu öffnen.
[Quelle: Dörte Saße und New Scientist]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Gehirnzellen bewegen Roboterarm

23.6.1999

Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, daß durch die Aktivität von Gehirnzellen ein Roboterarm bewegt werden kann. John Chapin von der MCP Hahnemann University School of Medicine in Philadelphia hat in einem Versuch zunächst Ratten darauf trainiert, Wasser zu bekommen, indem sie den Hebel eines Roboterarms drücken. Als diese Aufgabe problemlos bewältigt wurde, hat der Forscher untersucht, welche Gehirnregion für diese Aufgabe aktiviert wurde und hat die Signale, die von den Gehirnzellen ausgesendet wurden, mathematisch analysiert. Als nächstes hat Chapin den Roboter-Arm direkt mit dem Rattenhirn verbunden, so daß der Roboter-Arm durch Elektroden am Gehirn gesteuert wurde.
Die Ratten betätigten nach diesem Eingriff den Roboterarm zwar immer noch eine Weile "manuell", lernten aber bald, daß sie durch Gehirnaktivität allein auch zu Wasser kommen und benutzten den Hebel bald nicht mehr. Frühere Versuche, die Gehirnaktivität für die Steuerung einer Maschine zu nutzen, hat es zwar gegeben, aber sie basierten entweder darauf, daß Signale von den Muskeln eines Stumpfs oder daß elektrische Hirnsignale von der Kopfhaut aufgezeichnet wurden. Dies funktionierte jedoch nur dann, wenn der Patient noch eine Kontrolle über seine Muskeln hatte. Durch die Nutzung individueller Hirnzellen könnte eine zuverlässige Methode für die Bewegung künstlicher Gliedmaßen entwickelt werden.
[Quelle: Doris Marszk, bbc]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Virtueller Beifahrer warnt vor Unfall

18.6.1999

Ein mitdenkender virtueller Beifahrer warnt Autofahrer schon im voraus vor gefährlichen Manövern. Wissenschaftler des Autoherstellers Nissan und des Massachusetts Institute of Technology haben einen Computer entwickelt, der im Simulator 95 Prozent aller Fahrbewegungen um zwölf Sekunden voraussieht. Grundlage ist ein Programm, das so ähnlich wie Spracherkennungssysteme arbeitet. Fast jedem Manöver geht eine Reihe von kleinen Aktivitäten voraus, die eindeutig auf die folgende Fahrabsicht schließen lassen. Genauso kommen auf eine bestimmte Wortfolge nur wenige Folgewörter in Frage, die das Sprachprogramm dann einsetzt.
Der intelligente Beifahrer wird mit Daten vom Lenkrad, von den Bremsen und vom Beschleunigungsverhalten gefüttert. Nach einem kurzen Fahrertraining kennt das Programm das individuelle Fahrverhalten des Menschen und kann damit quasi in die Zukunft schauen. Wird nun parallel über Kameras der umliegende Verkehr analysiert, kann der Computer mögliche Kollisionen und gefährliche Situationen berechnen bevor es zum Zusammenprall kommt. In diesem Fall wird der Fahrer gewarnt.
Ähnliche Entwicklungen nehmen zusätzlich über eine Kamera die Augenbewegungen des Autofahrers auf. Auch hieraus lässt sich die Absicht des Fahrers erkennen.
[Quelle: J. O. Loefken, New Scientist]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Künstliche Muskeln aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen entwickelt

25.5.1999

Einen neuen Typ künstlicher Muskeln hat ein internationales Team von Wissenschaftlern aus Australien, Italien, den USA sowie vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart entwickelt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science vor. Bei den künstlichen Muskeln handelt es sich um sogenannte Aktuatoren. Das sind jene Teile in Robotern, die Bewegungen erzeugen, wobei elektrische Energie in mechanische Bewegung umgewandelt wird. Wie natürliche Muskeln bestehen die neuen Aktuatoren aus Milliarden von einzelnen, nur Nanometer kleinen Fasern, die parallel agieren und dabei mechanische Arbeit verrichten.
Die mechanische Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhrchen ähneln denen des Diamants. Deshalb können können sie - aufgrund ihrer hohen Festigkeit - bei jeder Bewegung sowohl mehr Arbeit verrichten als auch eine höhere mechanische Spannung erzeugen als alle bisher verfügbaren Technologien für Aktuatoren. Erst in den letzten Jahren haben die verschiedenen Modifikationen des reinen Kohlenstoffs die Aufmerksamkeit der Materialwissenschaftler auf sich gezogen. Mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen ("Bucky Tubes") hat man weitere Varianten des graphitartigen Kohlenstoffs entdeckt. Von der Röntgenbeugung an Graphit ist bekannt, daß sich seine bienenwabenförmige Gitterstruktur ausdehnt, wenn sie elektrisch aufgeladen wird. Die Nanotubes strecken sich, wenn sich die Zahl der Elektronen auf einem Röhrchen verändert. Dieser Effekt wird von den Wissenschaftlern für den Bau der neuartigen Muskeln ausgenutzt.
Der Aktuator-Effekt kann leicht an einem sogenanntem "Bucky Paper" demonstriert werden. "Bucky Paper" sind frei tragende Filme, in gewissem Sinne wirklich "Papier" aus Nanoröhrchen. In diesen Filmen lagern sich die Röhrchen zu Bündeln zusammen, die dann wiederum eine Art Filz oder Vlies - eben ein Papier - bilden.
Der experimentelle Aufbau für den neuen Aktuatortyp ist überraschend einfach: Ein Streifen "Bucky Paper" wird in Salzwasser getaucht und an eine Taschenlampenbatterie angeschlossen. Die Längenänderung bei der elektrochemischen Aufladung kann man leicht sichtbar machen, indem man das "Bucky Paper" auf ein Tesa-Band klebt. Da sich nur das "Bucky Paper" ausdehnt und das Tesa-Band konstant bleibt, krümmt sich der Aktuator. Diese Bewegung kann man leicht mit bloßem Auge beobachten.
[Quelle: Susanne Roth, MPG]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben

Die Kraft der Gedanken läßt vollständig Gelähmte wieder schreiben

26.3.1999

Menschen mit fortgeschrittener Amyotropher Lateralsklerose sind vollständig gelähmt und können aufgrund ihrer Behinderung mit ihrer Umgebung oftmals nicht mehr kommunizieren. Die Betroffenen haben jedoch ein intaktes Gehirn und ihr Geist ist wach. Deshalb suchen derzeit verschiedene Forschergruppen weltweit nach Methoden, mit deren Hilfe man das Gehirn Betroffener mit einem Computer verbinden kann. Die Patienten sollen den Rechner durch reine Gedankenkraft steuern, um zum Beispiel Sätze wie "Ich habe Durst!" oder "Öffne bitte das Fenster!";, schreiben zu können. Während einige Forscher dazu Elektroden in die Gehirne ihrer Patienten implantierten, hat die Forschergruppe um Niels Birbaumer von der Universität Tübingen jetzt eine Lösung präsentiert, die ohne Operation auskommt. Birbaumer berichtet jetzt über die Tübinger Entwicklung im Fachjournal Nature.
Die Forscher plazierten bei ihren Patienten zwei Elektroden an der Kopfhaut über dem Motorkortex des Gehirns. Mit etwas Übung konnten die Probanden das elektrische Potential ihres Motorkortex so beeinflussen, daß es je nach Wunsch etwas positiver oder negativer ausfiel. Diese Veränderungen wurden von den Elektroden registriert und von einem Computer in Auf- und Abbewegungen eines Cursors auf einem Monitor umgesetzt. Die Patienten konnten also gezielt die obere oder untere Hälfte des Monitors ansteuern.
Dieses Vorgehen ermöglichte den Probanden mit Hilfe eines kleinen Computerprogramms zu schreiben: Die Forscher plazierten in die obere Hälfte des Monitors den ersten und in die untere den zweiten Teil des Alphabets. Mit Hilfe des Cursors konnten die Patienten dem Computer mitteilen, auf welche Hälfte des Monitors sich ein gesuchter Buchstabe befindet. Der angesteuerte Bereich des Alphabets wurde anschließend erneut in zwei Hälften geteilt und wiederum oben oder unten auf dem Monitor präsentiert. Die Patienten führten die Prozedur so lange fort, bis sie den gewünschten Buchstaben erreicht hatten. Einer der Patienten hatte auf diese Weise vor Monaten noch sechs Stunden für einen Brief benötigt. "Jetzt kann er schon innerhalb von einer guten halben Stunde einen kleinen Brief schreiben", erklärt Birbaumer.
An der Universität Magdeburg haben die Forscher mit einem Kernspintomographen die Stoffwechselaktivität im Gehirn der Patienten untersucht, während die Probanden den Computer bedienten. Dabei beobachteten die Wissenschaftler, daß beim Schreiben vor allem die vorderen Hirnteile aktiv waren. "Das sind die Teile, die die Aufmerksamkeit steuern", erläuterte Birbaumer gegenüber dpa. "Sie sind generell wichtig für die Selbstkontrolle, alle Entscheidungen und langfristiges Planen." Der Forscher ist überzeugt, daß viele Menschen mit fortgeschrittener Muskellähmung Mut zum Leben fassen, wenn sie mit der neuen Buchstabiermaschine wieder Kontakt zur Umwelt aufnehmen können.
[Quelle: Andreas Wawrzinek, Nature]

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

Nach oben