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  • GTC 2010: Keine Science-Fiction mehr - Robotersteuerung per Gedankenkraft

    Dr. J. Adam Wilson referierte über den Einsatz von GPUs in Gehirn-Computer-Interfaces - und stellte fest, dass eine GPU mehr Daten vom Gehirn verarbeiten können, als die Biomediziner derzeit liefern können.

    Dr. J. Adam Wilson von der Universität von Cincinnati hat seinen Titel im Fach Biomechanische Ingenieurswissenschaften gemacht und arbeitet seit fünf Jahren an der Software BCI 2000, mit der ein Computer elektrische Signale im Gehirn interpretiert und in entsprechende Handlungen umsetzt. Die Software kommt bei Patienten zum Einsatz, deren Bewegungsfähigkeit durch schwerwiegende Krankheiten eingeschränkt ist - denken wir beispielsweise an den genialen Physiker Dr. Stephen Hawking. Die große Herausforderung besteht darin, die Daten vom Gehirn in Echtzeit aufzunehmen, zu analysieren und etwa in die Bewegung eines Rollstuhls umzusetzen. Denn einerseits senden die Neuronen im Gehirn permanent eine Fülle von Impulsen an andere Neuronen, die daraufhin einen Steuerimpuls etwa an Arme und Beine senden, andererseits ist es trickreich, diese Signale abzugreifen.

    GTC 2010: Keine Science-Fiction mehr - Robotersteuerung per Gedankenkraft (10) GTC 2010: Keine Science-Fiction mehr - Robotersteuerung per Gedankenkraft (10) Quelle: PC Games Hardware Am zuverlässigsten, aber am schwierigsten "anzubringen" sind Implantate, die wie ein Nagelbrett oder ein Kamm aufgebaut sind und deren Enden die elektrischen Spannungen direkt an den Neuronen abgreifen. Dafür sind allerdings komplizierte Operationen notwendig, bei denen ein Teil der Schädeldecke entfernt wird, um direkten Zugriff auf das Gehirn zu haben. Deutlich einfacher funktioniert der Informationsgewinn mit einem Elektroenzephalogramm (EEG), bei dem der Patient eine Art sensorenbestückte Badekappe aufsetzt. Der Nachteil: Die Signale besitzen eine deutlich miesere Qualität als die von einem implantierten Sensor. Verwandt mit dem EEG ist das ECoG, das Elektrokortikogramm. Allerdings muss auch hier wieder der Schädel geöffnet werden, um die Sensoren direkt auf dem Gehirn zu platzieren.

    Die medizinische Forschung hat das Gehirn inzwischen einigermaßen kartographiert, so dass die Ärzte wissen, an welchen Stellen sie einen Sensor anbringen müssen, um Signale zu erhalten, die beispielsweise einen Arm steuern. Das bewies ein Team von Wissenschaftlern in einem Versuch, in dem ein Affe einen solchen Sensor implantiert bekam und dessen Arme mit zwei Plexiglasröhren fixiert wurden. Nach kurzer Zeit konnte der Affe einen Roboterarm steuern, der mit dem Sensor verbunden war, und sich damit etwas zu essen holen. Allerdings ist die Auswertung der elektrischen Signale nicht ganz trivial. "Wenn ein Sensor in der Nähe von drei Neuronen platziert ist, schnappt er deren unterschiedliche Signale auf", erklärt Dr. J. Adam Wilson. Diese Signale werden dann mit ausgefeilten Programmroutinen analysiert und dann an etwa den erwähnten Roboterarm weiter geleitet.

    Die Auswertung erfolgte bislang in proprietären Computersystemen. "Das hatte den Vorteil, dass die Geräte ohne Betriebssystem auskommen - und auch ohne etwaige Viren, was sich bei unseren Systemen verheerend auswirken könnte", sagt Dr. J. Adam Wilson. "Allerdings sind diese Geräte nicht gerade einfach zu programmieren, teuer, schwer erweiterbar und verhältnismäßig klobig." Daher richteten die Forscher ihr Augenmerk auf einen normalen PC, der einfacher zu programmieren, mobil und erweiterbar ist. Allerdings gibt es dabei eine Fülle von Latenzproblemen und obendrein ist die Anzahl der verarbeitbaren Signalkanäle begrenzt. So kam Dr. Wilson auf die Idee, eine GPU für die Berechnung hinzuzuziehen. Mit überwältigendem Erfolg: Sogar auf einem MacBook Pro mit zwei Grafikkarten beziehungsweise einem Netbook mit ION-Chipsatz ließ sich die Software portieren.

    Ein Desktop-Rechner mit Tesla-Grafikkarte bewältigte die Analyse der Gehirndaten sechs Mal schneller als eine Core-i7-CPU mit 3,2 GHz Taktfrequenz. "Damit könnten wir über 2000 Signalkanäle in Echtzeit auswerten", begeistert sich Dr. J. Adam Wilson. "Der Haken ist nur: Schon für 1024 Signalkanäle müsste man den kompletten Schädelknochen entfernen, um das Gehirn rundherum mit Sensoren zu bestücken." Nicht praktikabel. Der derzeit fortgeschrittenste Sensor besitzt 256 Signalkanäle - und da ein Laptop mit GPU problemlos 512 Kanäle auswerten kann, ist das Problem softwareseitig gelöst. Das ION-Netbook rechnet vier bis zehn Mal flinker als der Core-i7-Rechner und beherrscht problemlos die 256 derzeit möglichen Kanäle.

    Dr. J. Adam Wilson fasst zusammen: "Mit dem Einsatz von GPUs können wir die Fähigkeiten von Brain-Computer-Interfaces revolutionieren. Wenn die Mediziner Sensoren entwickeln und diese im Gehirn verankern können, dann können wir sie auswerten." Mit Netbooks oder gar Smartphones sind obendrein sehr mobile Lösungen möglich, weil der schlaue Einsatz von Soft- und Hardware dem aktuellen Stand der medizinischen Forschung ein gutes Stück voraus ist.

    Wissenswert: Mehr Informationen zum Thema finden Sie in:
    Grafikkarten-Rangliste 2016: 32 Radeon- und Geforce-GPUs im Benchmarkvergleich [Oktober]
  • Es gibt 4 Kommentare zum Artikel
    Von Superwip
    Scheint besser zu funktionieren als der Nia von OCZ... abgesehen davon, dass man sich hier das Gehirn aufsägen lassen…
    Von ernie
    genau das ist der punkt in der sache es wird gerforscht, um geld zu machen... die netten kleinen erfindungen wie…
    Von DominikZepp
    Nein umgekehrt: wäre nicht jder an Gewinn und Reichtum interessiert, wären wir lang nicht so weit, wie wir jetzt sind.
    Von XmuhX
    Also ich finde Wissenschaft total geil! Ich freue mich für die, denen mit solchen Implantaten geholfen werden kann.…
      • Von Superwip Lötkolbengott/-göttin
        Scheint besser zu funktionieren als der Nia von OCZ... abgesehen davon, dass man sich hier das Gehirn aufsägen lassen muss...

        Die Entwicklung sieht sehr interressant aus, aber wer kann bleibt wohl vorerst bei Maus und Tastatur
      • Von ernie PCGHX-HWbot-Member (m/w)
        Zitat von DominikZepp
        Nein umgekehrt: wäre nicht jder an Gewinn und Reichtum interessiert, wären wir lang nicht so weit, wie wir jetzt sind.
        genau das ist der punkt in der sache
        es wird gerforscht, um geld zu machen... die netten kleinen erfindungen wie dieses hirn-system sind nur "Zugaben"...

        mich stört das nicht. im gegenteil.. ich finde es sogar besser so
        so gibt es einen wettkampf in sachen bessere und schnellere forschung.

        is doch genau so wie Nvidia Und ATI
        die forschen und entwickeln doch nur um die wette und wir bekommen dafür schnellere und ( meist) bessere graka´s

        obwohl auch viel geforscht wird fürs militär... ich wette, die haben schon so etwas in dieser richtung schon seit jahren am laufen und wir bekommen es nun so langsam mit

        genau sowas wie in crysis den nanosuit... ich wette mit euch, in der realität gibt es schon längst prototypen...
        wenn ich vor einem jahr schon ne doku über künstliche beine gesehen habe, die genau so funktionierten, hat das militär die schon seit
        2-3
      • Von DominikZepp Komplett-PC-Aufrüster(in)
        Zitat von XmuhX
        Also ich finde Wissenschaft total geil!

        Ich freue mich für die, denen mit solchen Implantaten geholfen werden kann. Die Frage ist nur, wer sich sowas Leisten kann.

        Wenn nicht jeder an Gewinn oder Reichtum interessiert wäre, könnte man mit der Forschung in jeder Hinsicht weiter sein, als jetzt.

        Vieles steckt jetzt zwar noch in den Kinderschuhen, aber man kann sich gut vorstellen, daß die Menschen in nicht all zu ferner Zukunft im Alltag mit Implantaten herumrennen, welche den Körper leistungsfähiger machen...und wenn es nur zur Modeerscheinung wird.
        Nein umgekehrt: wäre nicht jder an Gewinn und Reichtum interessiert, wären wir lang nicht so weit, wie wir jetzt sind.
      • Von XmuhX Software-Overclocker(in)
        Also ich finde Wissenschaft total geil!

        Ich freue mich für die, denen mit solchen Implantaten geholfen werden kann. Die Frage ist nur, wer sich sowas Leisten kann.

        Wenn nicht jeder an Gewinn oder Reichtum interessiert wäre, könnte man mit der Forschung in jeder Hinsicht weiter sein, als jetzt.

        Vieles steckt jetzt zwar noch in den Kinderschuhen, aber man kann sich gut vorstellen, daß die Menschen in nicht all zu ferner Zukunft im Alltag mit Implantaten herumrennen, welche den Körper leistungsfähiger machen...und wenn es nur zur Modeerscheinung wird.
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GTC 2010: Keine Science-Fiction mehr - Robotersteuerung per Gedankenkraft
Dr. J. Adam Wilson referierte über den Einsatz von GPUs in Gehirn-Computer-Interfaces - und stellte fest, dass eine GPU mehr Daten vom Gehirn verarbeiten können, als die Biomediziner derzeit liefern können.
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29.09.2010
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