Sogar ganze Sätze

Deutsche Forscher lesen Sprache aus Hirnströmen ab

Gehirnaktivität beim Sprechen

(Bild: CSL/KIT)

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben direkt aus Gehirnströmen Laute, Wörter und sogar ganze Sätze rekonstruiert. Ausgewertet wurden Daten der Gehirnströme von sieben Epilepsiepatienten in den USA: Bei diesen lag während des Sprechens ein Elektrodennetz direkt auf der Großhirnrinde des für ihre Epilepsie-Behandlung ohnehin freigelegten Gehirns.

"Zum ersten Mal können wir das Gehirn beim Sprechen beobachten", sagte Informatikerin Tanja Schultz. Die Forscher können nun praktisch zusehen, wie das Gehirn den Sprechvorgang plant und dann die Muskeln der Artikulationsorgane mittels der Neuronen in der Großhirnrinde aktiviert, bevor die eigentliche Sprache hörbar wird. Sichtbar gemacht wurden die Aktivitäten mithilfe von Farben: "Je höher die Aktivität, umso heißer die Farbe, erklärte Schultz. Mit Elektroden, die außen am Kopf angelegt werden und so die elektrische Aktivität des Gehirns messen, sind solche spezifischen Aufzeichnungen noch nicht möglich.

Die Patienten, die freiwillig an dem Experiment teilnahmen, waren zuvor gebeten worden, bestimmte Texte zu sprechen - etwa eine Rede des ehemaligen US-Präsidenten John F. Kennedy oder auch einfache Kinderreime. Die Forscher wussten also zunächst, welche Laute wann gesprochen wurden und legten mithilfe der dabei gemessenen Hirnströme Datenbanken mit Prototypen von etwa 50 verschiedenen Lauten an.

"Wir bekommen damit schöne Ergebnisse"
Auf Basis von Algorithmen gelang es anschließend, allein anhand der Gehirnströme zu verstehen, was gesagt wurde. Dazu werden Laute im Kontext von Wörtern und ganzen Satzphrasen betrachtet. "Wir bekommen damit schöne Ergebnisse, die in der Qualität zwar noch weit von der akustischen Spracherkennung entfernt, aber schon deutlich besser sind, als wenn man rät", sagte Schultz.

Mögliche Hilfe für Locked-in-Patienten?
Knackpunkt der vierjährigen Forschung ist bisher die geringe Datenbasis von nur sieben Patienten, von denen jeweils höchsten fünf Minuten Sprache vorliegen. Die Wissenschaftler wollen ihre Analysen daher ausweiten. Neben einem besseren Verständnis der Sprachprozesse könnte der sogenannte Brain-to-Text "ein Baustein sein, um sogenannte Locked-in-Patienten zukünftig eine sprachliche Kommunikation zu ermöglichen". Beim Locked-in-Syndrom sind Menschen zwar bei Bewusstsein, jedoch körperlich fast vollständig gelähmt und deshalb unfähig, sich ihrer Umwelt sprachlich oder durch Gesten verständlich zu machen.