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Gehirne steuern Computer: Studierende der TU Graz starten beim Cybathlon

Beim Cybathlon messen sich Personen mit schweren körperlichen Handicaps mittels neuester technischer Assistenzsysteme in sechs Disziplinen. Das Studierendenteam Mirage 91 startet im virtuellen Rennen mit Gedankensteuerung.

Das Studierdendenteam Mirage 91 geht beim Cybathlon in der Disziplin Disziplin „Virtuelles Rennen mit Gedankensteuerung (BCI)“ an den Start. © Lunghammer - TU Graz

Bildmaterial zum Download am Ende der Meldung verfügbar.

Schon seit Monaten trainiert das BCI Racing Team Mirage 91 intensiv für den Cybathlon, der am 8. Oktober in Zürich stattfindet. Organisiert von der ETH Zürich, messen sich erstmals Menschen mit schweren körperlichen Beeinträchtigungen mit neuester Prothetik-Technologie und roboterunterstützen Hilfssystemen in sechs sportlichen Disziplinen – vom Rollstuhlparcours bis zum Fahrradrennen mittels Muskelstimulation. Die Studierenden der TU Graz trainieren nicht alleine: Der frühere Naturbahnrodler Gerhard Kleinhofer ist der „Pilot“ des Teams. Nach einem schweren Schlaganfall vor zwei Jahren ist der Steirer motorisch stark eingeschränkt. In genau solchen Fällen können BCI-Anwendungen, also Brain Computer-Interfaces, zu mehr Autonomie verhelfen, indem sie Gehirnsignale nutzen, um verlorene körperliche Funktionen zu ersetzen. 

Virtuelles Rennen mit Gedankenkraft

In der Disziplin „Virtuelles Rennen mit Gedankensteuerung (BCI)“ ist Gerhard Kleinhofer einer von insgesamt 16 körperlich eingeschränkten Pilotinnen und Piloten, die rein durch die Kraft ihrer Gedanken einen Avatar durch einen Hindernisparcours in einem Wettrennen am PC steuern. Um die dafür nötigen Gehirn-Computer-Schnittstellen kümmert sich das Studierendenteam der TU Graz: Teamleiter David Steyrl erklärt: „Mit einer speziellen Elektrodenkappe messen und lokalisieren wir die Hirnsignale von Gerhard Kleinhofer. Wenn er ans Kopfrechnen denkt, entstehen ganz andere Hirnsignale, als wenn er gedanklich singt oder sich eine bestimmte Handbewegung vorstellt. Diese Hirnaktivität wird durch ausgeklügelte Signalverarbeitung und Software in technische Steuersignale übersetzt. Damit können die Gedanken von Gerhard Kleinhofer den Avatar im Rennen laufen und springen lassen“.

Gerhard Kleinhofer muss sich also konzentriert bestimmte Aufgaben vorstellen, und selbst bei größter Ablenkung auch gezielt an „Nichts“ denken können. Zugute kommt dem ehemaligen Sportdirektor des österreichischen Nationalteams im Naturbahnrodeln dabei sein entsprechend wettbewerbserprobtes Naturell. Trainiert wird seit November 2015 gemeinsam, unter anderem im Neurologischen Therapiezentrum Kapfenberg (NTK). Zweimal wöchentlich sind die Studierenden zu Kleinhofer in die Obersteiermark gefahren, jetzt kurz vor dem Wettbewerb haben sie sich für eine Intensivtrainingswoche ins Mariazellerland zurückgezogen.

Höchstleistung von allen Seiten

Gernot Müller-Putz, Leiter des Instituts für Neurotechnologie der TU Graz, hat das Team Mirage 91 ins Leben gerufen und zum Cybathlon angemeldet. Er meint, alleine schon die Vorbereitungen auf den Wettbewerb sind ein großer Gewinn, besonders für die Studierenden. „Der Cybathlon ist für ein Team wie Mirage 91 eine großartige Möglichkeit, sich mit anderen BCI-Teams zu messen und voneinander zu lernen. Das Zusammenspiel von Technik und Anwendung muss perfekt funktionieren, denn nur so können BCIs tatsächliche Alltagshilfen für beeinträchtige Menschen sein. Die Studierenden und Gerhard Kleinhofer sind seit Monaten unglaublich engagiert und höchst konzentriert in den Vorbereitungen, und ich bin mir sicher, der Cybathlon wird unabhängig von der Platzierung eine großartige Erfahrung für das gesamte Team“, zeigt sich er sich beeindruckt. Mirage 91 vereint Studierende der Richtungen Biomedical Engineering, Computer Science und Information and Computer Engineering und ist das einzige hochschulgebundene Team Österreichs, das beim Cybathlon dabei ist.

Die Zukunft von Brain-Computer Interfaces

Beim Cybathlon geht es natürlich um mehr, als die Schnellsten aufs Podest zu stellen: Er ist eine Plattform für die Entwicklung neuartiger, alltagstauglicher Assistenztechnologien. Gleichzeitig sollen Barrieren zwischen Menschen mit Behinderungen, der Öffentlichkeit und Technologieentwicklerinnen und -entwicklern abgebaut werden. BCIs der Zukunft können körperliche Funktionen ersetzen, wiederherstellen, verbessern und erweitern und für verschiedene Anwendungen herangezogen werden: etwa zur Manipulation eines Cursors am Computer, zum Tippen von Buchstaben, zur Steuerung von Maschinen oder Hilfsmitteln wie beispielsweise Prothesen. „Das beginnt bei der Fähigkeit zu kommunizieren, geht über Muskel- und Nervenstimulation bis hin zur gesteigerten Aufmerksamkeitskapazität“, sagt Gernot Müller-Putz. Als international anerkannter BCI-Experte hat er für die EU die BCI Roadmap federführend ausgearbeitet. Diese Roadmap gilt als Orientierungshilfe für Forschungsförderstellen und gibt einen Überblick über den Stand der Dinge und die BCI-Trends. Im Jahr 2025 wird es ein breites Spektrum an gehirngesteuerten Anwendungen geben – laut BCI-Roadmap standardmäßig in der medizinischen Behandlung und Therapie und im persönlichen Gesundheitsmonitoring.

Mirage 91 wird sowohl von der TU Graz selbst als  auch von VAMED unterstützt, dem weltweit führenden Gesamtanbieter für Krankenhäuser und andere Einrichtungen im Gesundheitswesen. Nähere Informationen gibt es unter www.bciracing.tugraz.at.

Information

Der Cybathlon 2016
Menschen mit körperlichen Behinderungen messen sich dank neuester technischer Assistenzsysteme in sechs anspruchsvollen Disziplinen. Es gibt Parcours mit Beinprothesen, Armprothesen, robotischen Exoskeletten und motorisierten Rollstühlen, sowie ein Fahrradrennen mit elektrischer Muskelstimulation und ein gedankengesteuertes virtuelles Rennen. Die Parcours fokussieren ganz bewusst auf Aufgabenstellungen, die aus dem täglichen Leben bekannt sind. Wie die olympischen und paralympischen Spiele soll auch der Cybathlon künftig alle vier Jahre stattfinden. Nähere Informationen: http://www.cybathlon.ethz.ch/

Kontakt

David STEYRL
Dipl.-Ing.
Institut für Neurotechnologie
Stremayrgasse 16, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 30709
E-Mail: david.steyrlnoSpam@tugraz.at

Gernot MÜLLER-PUTZ
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Institut für Neurotechnologie
Stremayrgasse 16, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 30700
 E-Mail: gernot.muellernoSpam@tugraz.at

Rein durch die Kraft der Gedanken wird ein Avatar durch einen Hindernisparcours in einem Wettrennen am PC gesteuert. © Lunghammer - TU Graz
Mittels BCI wird spezifische Hirnaktivität durch ausgeklügelte Signalverarbeitung und Software in technische Steuersignale übersetzt. © Lunghammer - TU Graz
Der ehemalige Naturbahnrodler Gerhard Kleinhofer geht für das Team Mirage 91 an den Start. Seit Monaten trainieren die Studierenden intensiv mit dem motorisch stark eingeschränkten Steirer. © BCI Racing Team - TU Graz/INL
Das Team Mirage 91 vereint Studierende der Richtungen Biomedical Engineering, Computer Science und Information and Computer Engineering und ist das einzige hochschulgebundene Team Österreichs, das beim Cybathlon dabei ist. © Lunghammer - TU Graz