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Porträt

Gedan­ken machen mobil

Ger­not Mül­ler-Putz, Lei­ter des Insti­tuts für Neu­ro­tech­no­lo­gie der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Graz
Foto: Lunghammer/TU Graz

Men­schen, die ihre Glied­ma­ßen nicht mehr bewe­gen kön­nen, sind in ihrer Lebens­qua­li­tät schwers­tens ein­ge­schränkt. Am Insti­tut für Neu­ro­tech­no­lo­gie der TU Graz lässt Ger­not Mül­ler-Putz mit­hil­fe von Gehirn­strö­men Com­pu­ter und Arm­ro­bo­ter arbei­ten, um Per­so­nen mit schwe­rer kör­per­li­cher Beein­träch­ti­gung wie­der den „Zugriff” auf die Außen­welt zu ermög­li­chen. Wich­tig ist den Gra­zer For­schen­den, dass die Steue­rung der Neu­ro­pro­the­sen und End­ge­rä­te ohne Ope­ra­ti­on am Gehirn mög­lich wird.

BCI weckt Hoffnungen

„Der Mensch denkt, die Maschi­ne lenkt”: So lässt sich, stark ver­ein­facht, das Prin­zip des „Brain Com­pu­ter Inter­face” (BCI) umschrei­ben. Die Visi­on begeis­tert Wis­sen­schaf­te­rin­nen und Wis­sen­schaf­ter seit den 1970er-Jah­ren und weckt etwa für Men­schen mit moto­ri­schen Beein­träch­ti­gun­gen Hoff­nun­gen auf mehr Selbst­stän­dig­keit im täg­li­chen Leben: BCI sol­len moto­ri­sche Funk­tio­nen erset­zen, wie­der­her­stel­len, ver­bes­sern und erwei­tern. Am Gra­zer Insti­tut beschäf­tigt man sich seit 30 Jah­ren mit der Thematik.

Ahnen­ga­le­rie zeigt Forschungserfolge

Wer Mül­ler-Putz in der Stre­mayr­gas­se 16 besucht, wird in einem Bespre­chungs­zim­mer mit „Ahnen­ga­le­rie” emp­fan­gen: Mehr als 30 Por­trät­fo­tos jun­ger For­schen­der der TU mit Nen­nung der For­schungs­ar­beit hän­gen an der Wand hin­ter ihm: „Hier sind die Dok­to­ran­din­nen und Dok­to­ran­den des Insti­tuts ver­ewigt. Da sieht man sehr schön, was wir in den ver­gan­ge­nen Jahr­zehn­ten wei­ter­ge­bracht haben”, so der Insti­tuts­vor­stand im Gespräch mit APA-Science.

Die BCI-Arbeits­grup­pe der TU Graz rund um Ger­not Mül­ler-Putz genießt euro­pa­weit und inter­na­tio­nal hohes Anse­hen: Sein Team zählt zu den füh­ren­den euro­päi­schen For­schungs­grup­pen auf dem Gebiet der com­pu­ter­ge­stütz­ten Inter­pre­ta­ti­on von Hirn­strö­men und ihrer „Über­set­zung” in elek­tro­ni­sche Impul­se für Pro­the­sen, Robo­ter­ar­me und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­pro­gram­me. Das Den­ken an die Bewe­gung soll in eine tat­säch­li­che Bewe­gung umge­setzt wer­den. Welt­weit zäh­le man zu den kon­stan­tes­ten und größ­ten Grup­pen, freut sich der Exper­te, der sich selbst seit mehr als 20 Jah­ren mit der The­ma­tik aus­ein­an­der­setzt. „In den ver­gan­ge­nen 20 Jah­ren haben wir acht gro­ße inter­na­tio­na­le BCI-Kon­fe­ren­zen orga­ni­siert”, führt der For­scher an.

För­der­preis für „Feel your Reach“

2015 hat Mül­ler-Putz vom Euro­pean Rese­arch Coun­cil (ERC) den Con­so­li­da­tor För­der­preis für das Pro­jekt „Feel your Reach” bekom­men. Es soll die Steue­rung von Neu­ro­pro­the­sen und robo­ti­schen Armen, die ledig­lich von Wil­lens­im­pul­sen aus dem Gehirn ihres Trä­gers ange­trie­ben wer­den, ver­bes­sern. Für Per­so­nen mit Han­di­caps erge­ben sich dar­aus neue Per­spek­ti­ven für mehr Selbst­stän­dig­keit im täg­li­chen Leben. Zuletzt ist es den For­schen­den sogar gelun­gen, aus mensch­li­chen Hirn­si­gna­len die Absicht einer kon­ti­nu­ier­li­chen Bewe­gung auszulesen.

Die Ima­gi­na­ti­on von Bewe­gun­gen kön­ne laut dem Gra­zer Wis­sen­schaf­ter aus­rei­chen, um Hirn­ak­ti­vi­tät mess­bar zu ver­än­dern: „Die blo­ße Vor­stel­lung, einen Arm zu heben, ändert mess­bar die elek­tri­sche Hirn­ak­ti­vi­tät”, erklärt der Pro­fes­sor für Seman­ti­sche Daten­ana­ly­se an der TU Graz. BCI beru­hen auf der Idee, hirn­elek­tri­sche Signa­le, die von der Schä­del­ober­flä­che aus gemes­sen wer­den, in tech­ni­sche Steue­rungs­si­gna­le umzu­wan­deln. So könn­ten künf­tig etwa Smart­pho­nes oder die Arbeits­um­ge­bung gesteu­ert wer­den. Die BCI-For­schung ent­wi­ckelt sich in den ver­gan­ge­nen Jah­ren rasant und erschließt immer neue Anwen­dungs­fel­der. „Der Fokus unse­rer Arbeit liegt im medi­zi­ni­schen Bereich”, betont Mül­ler-Putz. Die Gra­zer For­scher­grup­pe will damit die durch Quer­schnitts­läh­mung ein­ge­schränk­ten Funk­tio­nen der Hand – also etwa das Grei­fen – bis hin zur Bewe­gung eines gan­zen Arms ersetzen.

Mül­ler-Putz legt dazu ein wich­ti­ges Tool auf den Tisch. Auf den ers­ten Blick wür­de man es für eine Bade­kap­pe hal­ten. Es ist eine Elek­tro­den-Hau­be, die dafür sorgt, dass die Hirn-Com­pu­ter-Kom­mu­ni­ka­ti­on unblu­tig – ohne direk­ten Ein­griff ins Gehirn – ver­läuft. Sie misst mit ihren bis zu 64 Elek­tro­den mit­tels EEG (Elek­tro­en­ze­pha­logramm) Ände­run­gen der Gehirnstrommuster.

„Wir mes­sen an der Kopf­haut und nicht direkt im oder am Gehirn. Der Vor­teil ist, dass wir Expe­ri­men­te jeder­zeit machen kön­nen. Das könn­ten wir nicht, wenn wir expe­ri­men­tell in die Neu­ro­chir­ur­gie gehen wür­den”, beton­te der Elek­tro- und Bio­me­di­zin­tech­ni­ker. Zugleich sei es eine gro­ße Her­aus­for­de­rung, denn die Signa­le sind sehr schwach und das Rau­schen hoch, schil­dert der Wis­sen­schaf­ter. Die rich­tig detek­tier­ten Signa­le kön­nen in Steu­er­si­gna­le umge­setzt und gezielt ver­wen­det wer­den, um damit bei­spiels­wei­se einen Arm zu bewegen.

Wis­sen­schaf­ter „von Anfang an“

Wis­sen­schaf­ter woll­te der gebür­ti­ge Ober­ös­ter­rei­cher (48) „von Anfang an” wer­den: „Eigent­lich schon seit der Volks­schu­le, auch wenn ich damals noch kei­ne Vor­stel­lung davon hat­te, wie ich es ange­hen soll­te”, blick­te der For­scher, der nun auch das Amt des Vize­de­kans der Fakul­tät für Infor­ma­tik und Bio­me­di­zi­ni­sche Tech­nik beklei­det, ver­schmitzt zurück.

 

Gebo­ren wur­de er 1973 – übri­gens im sel­ben Jahr, in dem der Com­pu­ter­wis­sen­schaf­ter Jac­ques Vidal, Pro­fes­sor an der Uni­ver­si­ty of Cali­for­nia (UCLA), die grund­le­gen­den Prin­zi­pi­en und den Begriff „Brain-Com­pu­ter-Inter­face” präg­te und die ers­ten Publi­ka­tio­nen dazu ver­öf­fent­lich­te, wie Mül­ler-Putz weiß.

An der HTL Steyr hat­te er dann einen Leh­rer, der für ihn im Bereich der Signal­mes­sung und der bio­me­di­zi­ni­schen Anwen­dun­gen weg­wei­send war und ihn moti­vier­te. „Es war damals klar, dass man dafür nach Graz zum Stu­die­ren geht”, sagt Mül­ler-Putz. „Ich habe lan­ge ohne Berufs­bild stu­diert, ich habe auf mei­ne Intui­ti­on gehört und das ver­folgt, was mich inter­es­siert hat”, erzählt er. Im vor­letz­ten Stu­di­en­jahr stand dann fest, dass es in Rich­tung Robo­ter­steue­rung mit­hil­fe von Gedan­ken gehen wird. Mit eben die­sem The­ma hat er sein Stu­di­um der Elek­tro- und Bio­me­di­zi­ni­schen Tech­nik im Jahr 2000 abge­schlos­sen. Der Abschluss des Dok­to­rats­stu­di­ums in Elek­tro­tech­nik folg­te 2004 und sei­ne Habi­li­ta­ti­on im Fach Medi­zi­ni­sche Infor­ma­tik 2008.

Seit 2011 lei­tet Mül­ler-Putz das Insti­tut für Neu­ro­tech­no­lo­gie und seit 2014 ist er Uni­ver­si­täts­pro­fes­sor für Seman­ti­sche Daten­ana­ly­se. Sei­ne Schwer­punk­te lie­gen im Bereich der Bio­si­gnal­ana­ly­se, EEG-basier­ter Neu­ro­pro­the­sen­steue­rung, Kom­mu­ni­ka­ti­on mit BCI bei Men­schen mit ein­ge­schränk­tem Bewusst­sein, hybri­de-BCI-Sys­te­me, dem mensch­li­chen soma­to­sen­so­ri­schen Sys­tem und in der Neuro-Informationsystemsforschung.

Teil­nah­me am „Cyb­ath­lon“

2016 hat das von Mül­ler-Putz ins Leben geru­fe­ne Gra­zer BCI-Stu­die­ren­den­team „Mirage91” am ers­ten „Cyb­ath­lon” – dem von der ETH Zürich initi­ier­ten Assis­tenz­tech­no­lo­gie-Welt­cup – teil­ge­nom­men. In der Dis­zi­plin „BCI Race” steu­er­te ein seit einem Schlag­an­fall moto­risch schwer ein­ge­schränk­ter Pro­band, der von den Stu­die­ren­den trai­niert wur­de, in einem „vir­tu­el­len Ren­nen mit Gedan­ken­steue­rung” am PC einen Ava­tar durch Gehirn­si­gna­le ins Ziel. Im Herbst 2019 hat Mül­ler-Putz die „Cyb­ath­lon BCI Seri­es” ins Leben geru­fen und BCI-Teams aus aller Welt an der TU Graz gegen­ein­an­der antre­ten lassen.

Mül­ler-Putz hat bereits meh­re­re inter­na­tio­na­le BCI-Pro­jek­te durch­ge­führt und gelei­tet. Für die von ihm koor­di­nier­te For­schung an einer gedan­ken­ge­steu­er­ten Neu­ro­pro­the­se für quer­schnitt­ge­lähm­te Men­schen im drei­jäh­ri­gen EU-Pro­jekt „More Grasp” erhielt er 2019 auch den „Stei­ri­schen Wis­sen­schafts­preis des Lan­des Stei­er­mark: Digi­ta­li­sie­rung in der Wis­sen­schaft“. Mit­hil­fe des von sei­ner Grup­pe mit­ent­wi­ckel­ten BCI kön­nen moto­risch schwer Beein­träch­tig­te unter kon­trol­lier­ten Labor­be­din­gun­gen bereits wie­der ein­fa­che Bewe­gun­gen mit der Hand ausführen.

2017 wur­de der Gra­zer For­scher mit dem Lud­wig-Gutt­mann-Preis der Deut­schen Gesell­schaft für Rücken­marks­ver­let­zun­gen aus­ge­zeich­net. Ab 2015 lei­te­te er das mit zwei Mil­lio­nen Euro dotier­te, jüngst abge­schlos­se­ne ERC-Pro­jekt „Feel your Reach” des Euro­päi­schen For­schungs­rats. Mül­ler-Putz ist zudem Grün­dungs­mit­glied der Inter­na­tio­na­len BCI Society.

Beweg­te Freizeit

Mül­ler-Putz hat mehr als 180 Publi­ka­tio­nen und noch ein­mal so vie­le Kon­fe­renz­bei­trä­ge ver­fasst, 2018 wur­de er in den Vor­stand der Inter­na­tio­na­len BCI-Socie­ty gewählt. Den­noch blei­be genug Zeit für Frei­zeit. Die­se ver­bringt er am liebs­ten bewegt: In den Ber­gen, am Was­ser oder beim Segel­flie­gen. Bewe­gung steht auch am Anfang des Arbeits­ta­ges, den er mit einer Rad­fahrt zum Arbeits­platz beginnt. Damit am Ende des Tages das For­scher­hirn bes­ser abschal­ten kann, greift er ger­ne zu nor­di­schen Kri­mis. Ger­not Mül­ler-Putz ist mit der Autorin Eva Putz ver­hei­ra­tet. Die bei­den haben zwei­mal Nach­wuchs bekom­men – die­ser ist bereits im Jugendlichen-Alter.

„Feel your Reach”

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