Nach Sprachverlust Dank KI-System wieder sprechen können
An ein Wort denken und der Computer spricht es aus. Eine neue KI-gestützte Gehirn-Computer-Schnittstelle soll Patienten mit Sprachverlust helfen. Ein erster Test war vielversprechend, es bleiben aber offene Fragen.
"In Echtzeit Gedanken vom Computer sprechen lassen", so beschreibt das US-Forschungsteam der University of California die neu entwickelte Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer. Im Mittelpunkt steht die Software, ein KI-System. Ein neuronales KI-Netzwerk sorgt dafür, dass Gedanken an einzelne Wörter schnell erkannt werden können und als Audio abgespielt werden. Das US-Forschungsteam berichtet über das neue System in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience.
Wie gut die neue Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer funktioniert, konnte eine 47-jährige Patientin testen. Seit einem Schlaganfall vor 18 Jahren kann sie nicht mehr sprechen - eigentlich. Denn mithilfe des neu entwickelten Neuroimplantats und Künstlicher Intelligenz kommt ihre eigene Stimme aus dem Computer. Die konnte aus alten Aufnahmen produziert werden, die noch aus der Zeit vor dem Schlaganfall stammen. Die Patientin muss nur Wort für Wort an einen Satz denken, den das System dann als Audio ausspuckt.
Wie KI Gedanken in Sprache übersetzt
"Seine Gefühle, seine Emotionen, seine Wünsche und seine Bedürfnisse nicht mehr ausdrücken zu können, ist ein extremer Verlust an Lebensqualität. Man ist im eigenen Körper gefangen", sagt Rüdiger Rupp, der an der Uniklinik Heidelberg die Forschungsgruppe Neurorehabilitation leitet. Neuroprothesen mit Elektroden sollen Patienten in Zukunft helfen.
Bei dem neuen System wird eine Gewebeplatte mit 253 Elektroden in der Nähe des motorischen Sprachzentrums ins Gehirn implantiert. Es befindet sich im Frontallappen, also im vorderen Teil des Gehirns. Die Elektroden messen die Hirnströme und versuchen, daraus einzelne Silben und Wörter ableiten. Das KI-System wurde zuvor aufwendig trainiert. Die Elektroden haben die Gehirnaktivität der Probandin gemessen, als sie nach und nach an insgesamt 1023 vergebene Wörter gedacht hatte, erklärt Rupp. "Die Elektroden erkennen die sich vorgestellten Mundbewegungen und Sprechbewegungen - also Zungenbewegungen und Kieferbewegungen."
Neues KI-Modell sorgt für hohe Geschwindigkeit
Neu ist vor allem die Software und das KI-Modell dahinter. Das System arbeitet nach Angaben des Forschungsteams schneller als bisherige Systeme. Bisher dauerte es oft mehr als 20 Sekunden, bis ein kurzer gedachter Satz vom Computer als gesprochenes Audio erzeugt wurde. Mit dem neuen KI-System werden einzelne Wörter mit einer Verzögerung von einer Sekunde abgespielt.
Diese schnelle Reaktionszeit ist für die Betroffenen sehr wichtig, sagt Rüdiger Rupp vom Universitätsklinikum Heidelberg. "Stellen Sie sich vor, Sie wollen etwas sagen und Ihre Stimme kommt fünf Sekunden später. Machen Sie mal ein Gespräch damit. Das wird sehr, sehr schwierig." Die bisher großen Verzögerungen wurden von Studienteilnehmern bisher als sehr störend wahrgenommen.
Warum Fehler noch ein großes Problem sind
Ein natürliches Sprechtempo ist auch mit dem neuen Neuroimplantat nicht möglich - vor allem die kurzen Pausen zwischen den einzelnen Wörtern können irritieren. "Wir denken nicht darüber nach, wie wir sprechen", sagt Rupp. Die Personen mit einer Neuroprothese müssen sich dagegen stark konzentrieren. Auch deshalb ist ein natürliches Sprechtempo ein sehr ambitioniertes Ziel.
Für den Praxiseinsatz muss ein System nicht nur schnell sein, sondern auch möglichst fehlerfrei arbeiten. Davon ist das neue System weit entfernt. Es ist zwar schneller, macht aber häufiger Fehler. Bis zu 40 Prozent der trainierten Wörter hat das KI-System im Praxistext falsch erkannt - trotz perfekten ruhigen Laborbedingungen.
Die hohe Fehlerquote rührt von der hohen Geschwindigkeit her, erklärt Rüdiger Rupp. Die KI müsse schon am Anfang des Worts, bei der ersten Silbe, vorhersagen, welches Wort gemeint sein könnte. "Stellen Sie sich vor, Sie tippen einen Text am Handy. Nach ein paar Buchstaben macht das Handy Ihnen dann Vorschläge." Dabei werden viele Fehler gemacht.
Stecker am Kopf noch notwendig
Wie reagiert das Umfeld, wenn das System häufig Fehler macht? Werden die Betroffenen zurückhaltender, wenn man immer damit rechnen müssen, falsch verstanden zu werden? Zwei wichtige Fragen, die zeigen, wie problematisch hohe Fehlerquoten sind. Fachleute weisen auch darauf hin, dass es sich um eine Einzelfallstudie handelt, mit einer einzigen Testperson, die immer ein Gerät auch außen am Kopf tragen muss, sagt Thomas Stieglitz, Professor für Biomedizinische Mikrotechnik an der Universität Freiburg. "Alle diese Ansätze funktionieren noch mit einem Stecker, der ihnen auf dem Schädel mit Holzschrauben festgemacht wird und der durch die Haut geht"” Das sei ein großer Eingriff.
Wer kann in Zukunft die Neuroprothese nutzen?
Der Heidelberger Professer Rüdiger Rupp vermisst in der aktuell veröffentlichten Studie vor allem die Meinung und Perspektive der Testperson. "War ihr zum Beispiel die Fehlerrate zu hoch? Das sind doch wichtige Informationen, die ich die Patientin fragen würde." Noch ist auch unklar, welche Personengruppen in Zukunft davon profitieren könnten. Die neue Neuroprothese wurde bisher ausführlich nur an einer Patientin getestet.
"Inwiefern die Anwendung auf andere Patienten übertragbar ist, bleibt unklar", sagt Surjo Soekadar, Leiter der Arbeitsgruppe Klinische Neurotechnologie an der Universitätsmedizin Berlin, aber theoretisch könnten viele Patientengruppen in Zukunft davon profitieren. "Es gibt keinen prinzipiellen Grund, warum nicht jeder Patient mit normalen kognitiven Fähigkeiten und einer intakten Hirnrinde eine solche Technologie nutzen kann", sagt Simon Jacob, Professor für Translationale Neurotechnologie an der Technischen Universität München.
Fachleute sehen in dem Test vor allem einen Machbarkeitsbeweis, der das große Potential aufzeigt. Das Forschungsteam möchte vor allem das KI-System weiter verbessern, aber auch eine höhere Anzahl könnte die Technik nochmal deutlich verbessern, sagt Thomas Stieglitz. Aber dass die Technik heute mit nur einer Sekunde Verzögerung funktioniert, sorgt in der Fachwelt für Aufsehen und ist sicher ein gutes Argument, um in Zukunft an noch praxistauglicheren und schnelleren Systemen zu forschen.