KI Inside: Gehirnchips, die den nächsten Sprung in der menschlichen Evolution einleiten

Gehirnchips sind keine Science-Fiction mehr. Sie sind zur Realität geworden und verändern Leben dank technologischer Fortschritte, die es einem Computer ermöglichen, Gehirnsignale zu entschlüsseln, menschliche Absichten zu erkennen und sie schließlich direkt über eine Maschine auszuführen.

Diese Systeme, die das ermöglichen, werden BCI oder Brain-Computer-Interface genannt und untersuchen Signale aus der Gehirnaktivität. Neuralink ist das bekannteste Unternehmen in diesem Bereich und entwickelt ein allgemeines Gehirn-Interface, um das menschliche Potenzial freizusetzen.

Aber obwohl BCIs seit den 1960er Jahren entwickelt werden, helfen jüngste Fortschritte in der KI, Wunder zu vollbringen. Diese Fortschritte haben zu bedeutenden Fortschritten in praktischen Anwendungen geführt, insbesondere für Menschen mit Behinderungen, und zeigen die sich entwickelnde Wirkung dieser Technologie.

Aktuelle Anwendungen und Durchbrüche

Während die BCI-Entwicklung noch hauptsächlich auf das Forschungslabor beschränkt ist, haben wir mit der Weiterentwicklung der KI begonnen, die Praktikabilität von BCIs bei Menschen mit Behinderungen zu demonstrieren.

KI-Gehirnimplantate, die Sprache & Bewegung wiederherstellen

Mit etwa 1,3 Milliarden Menschen weltweit, die an mittelschweren bis schweren Behinderungen leiden, verbessern sich KI-Implantate beim Menschen rapide, um diese Einschränkungen vollständig zu beseitigen.

In einer Reihe von Studien, die im Journal Nature veröffentlicht wurden, zeigten Forscher der Stanford University und der University of California San Francisco, dass ihre BCIs zwei Frauen mit Lähmung ermöglicht haben, wieder mit beispielloser Geschwindigkeit und Genauigkeit zu sprechen. Die BCIs lesen sprachbezogene Gehirnaktivität aus und leiten die Daten in ein Sprachlernmodell, das dann über computergenerierte Stimme oder Bildschirmtitel in nutzbare Sprache umgewandelt wird.

Stanford-Forscher implantierten popcornkorngroße Elektrodenarrays in den Sprachmotorcortex des Gehirns der 68‑jährigen Pat Bennett, die dann mit einer Computersoftware verbunden werden, die ihr das Sprechen ermöglicht. Unterdessen gaben UCSF-Forscher der 30‑jährigen Ann, die schwer gelähmt ist, die Fähigkeit zu sprechen und Gesichtsausdrücke zu machen (über einen digitalen Avatar). Beide Studien verzeichneten enorme Verbesserungen beim Wortschatz, bei der Geschwindigkeit der Sprachdekodierung und bei der Genauigkeit der Sprache.

Kombination von KI & Mikroelektronik zur Bekämpfung von Hirnerkrankungen

KI wird zusammen mit neuronalen Implantaten auch eingesetzt, um Erkrankungen wie Epilepsie und Parkinson zu behandeln, indem abnormale Aktivitäten direkt moduliert werden. Die University of Toronto hat Elektro‑ und Computer‑Ingenieure mit Klinikern, Neurowissenschaftlern und Daten‑Material‑Wissenschaftlern zusammengebracht, um die Gehirngesundheit zu verbessern und alternative Behandlungswege zu entwickeln.

Durch den Einsatz von Deep Learning extrahiert das Team tiefgreifende Informationen, erkennt sogar verborgene Biomarker und aktiviert dann die neuronalen Implantate zum optimalen Zeitpunkt. Die Idee ist, in Zukunft Neuromodulationstherapien zu nutzen, um Folgendes zu adressieren:

• Chronische Schmerzen
• Depression
• Demenz
• Alzheimer
• Schlafstörungen

Neuralinks Humanstudie

Musk’s Gehirnchip-Startup Neuralink hat endlich die Genehmigung erhalten, seine erste Humanstudie zu starten. Zuvor hatte die US Food and Drug Administration (FDA) Sicherheitsbedenken bezüglich seiner ersten klinischen Studie am Menschen geäußert, bevor sie die Freigabe erteilte, und das Unternehmen wurde nun auch von einem unabhängigen Prüfungsgremium genehmigt, mit der Rekrutierung zu beginnen.

Für seine PRIME‑Studie (Precise Robotically Implanted Brain‑Computer Interface) sucht Neuralink Patienten mit Lähmung aufgrund einer zervikalen Rückenmarksverletzung oder amyotropher Lateralsklerose. Die Studie, die voraussichtlich etwa sechs Jahre dauern wird, beinhaltet das chirurgische Einsetzen eines drahtlosen BCI‑Implantats im Gehirn, um die Fähigkeit des Systems zu prüfen, Patienten zu ermöglichen, externe Geräte mit ihren Gedanken zu steuern.

Mit dem Neuralink‑KI‑Gehirnchip will Musk schnelle chirurgische Einsätze seiner Chip‑Geräte ermöglichen, um Erkrankungen wie Autismus, Depression und Schizophrenie zu behandeln. Bisher testete das Unternehmen an Tieren, jetzt rekrutiert es jedoch gelähmte Freiwillige, um die Lebensqualität von Millionen zu verbessern.

Technologische und wissenschaftliche Fortschritte

In den letzten Jahrzehnten wurde bahnbrechende Forschung im Bereich der BCI durchgeführt, die eine direkte Kommunikationsverbindung zwischen Gehirn und Computer ermöglicht. Jetzt hat KI das noch weiter vorangetrieben, indem sie komplexe Daten analysiert und menschenähnliche Ausgaben erzeugt.

Während Sprachimplantate für Personen, die ihre Sprachfähigkeit durch Lähmung oder andere Verletzungen verloren haben, entscheidend waren, waren sie extrem langsam und nicht artikuliert. Durch bedeutende Fortschritte in der Neurowissenschaft und moderner Computertechnik ist es jetzt jedoch möglich, kommerziell verfügbare KI‑Chip‑Implantate zur Wiederherstellung sensorischer und motorischer Funktionen anzubieten.

Heute verleiht dieses Wunder der modernen Technologie Menschen, die ihre Sprachfähigkeit verloren haben, eine Stimme, indem Gehirnsignale in Text umgewandelt werden – und das mit Geschwindigkeit und Effizienz. In der Stanford‑Forschung erreichte das Team nur eine Wortfehlerrate von 9,1 %, was 2,7‑mal genauer ist als frühere BCIs. Dies wurde durch einen Algorithmus erreicht, der 62 Wörter pro Minute dekodiert und sich der Konversationsgeschwindigkeit von 160 Wörtern pro Minute nähert, was einfach unglaublich ist. Dafür nutzte die Studie die größte Vokabularbibliothek, die für die Sprachdekodierung mit einem Implantat verwendet wird – etwa 125 000 Wörter.

Eine neue Studie, Teil des BrainGate2 Neural Interface System‑Trials, nutzte hingegen eine Form des Deep Learning, die als rekurrente neuronale Netze (RNNs) bezeichnet wird und ebenfalls zur Modellierung von Gehirnprozessen wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Wahrnehmung verwendet wird. Der Algorithmus trennte mühelos verschiedene Arten von Gesichtsbewegungen für die Sprache ausschließlich anhand neuronaler Signale mit über 92 % Genauigkeit.

Da das Dekodieren von Verhalten oder kognitivem Zustand aus neuronalen Signalen für die BCI‑Forschung entscheidend ist, hat sich Deep Learning als Methode in vielen maschinellen Lernaufgaben wie Bildsegmentierung und Spracherkennung etabliert. Sein Erfolg hat zu seiner Nutzung bei der Vorhersage gängiger Ausgaben, einschließlich Bewegung, Sprache und Sehen, geführt.

In einem anderen Fall entwickelten Wissenschaftler ein nichtinvasives KI‑System namens semantischer Decoder, das teilweise unter Verwendung eines Transformer‑Modells entwickelt wurde, das Chatbots wie ChatGPT und Googles Bard unterstützt. Forscher der University of Texas at Austin trainierten das System, das keine chirurgischen Implantate erfordert, indem sie mehrere Stunden Podcasts innerhalb eines fMRT‑Scanners hörten. Es erzeugt dann einen Textstrom, wenn der Teilnehmer zuhört oder sich vorstellt, eine neue Geschichte zu erzählen.

Wie wir hier gesehen haben, unterstützt der Einsatz von KI die neurowissenschaftliche Forschung enorm. Dennoch gibt es bestimmte Überlegungen, die bei der Arbeit in diesem schnelllebigen Bereich berücksichtigt werden müssen.

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Ethische, Datenschutz- und Sicherheitsüberlegungen

Angesichts der lebensverändernden Auswirkungen von KI‑Gehirnimplantaten für Menschen sehen wir einen raschen Fortschritt in Neurotechnologie und KI‑Gehirnchips. Dennoch ist dies nicht ohne Risiken.

Einfach ausgedrückt sind KI‑Systeme anfällig für Fehler und Fehlfunktionen, genau wie jede andere Technologie, was potenziell schädliche Folgen haben kann. Auf komplexen Algorithmen basierend, die riesige Datenmengen verarbeiten, sind KI‑Systeme zudem anfällig für Hacking und Manipulation. Nicht zu vergessen, die Daten, mit denen sie trainiert werden, können inhärente Vorurteile enthalten, die zu diskriminierenden Ergebnissen führen.

Die zunehmenden Investitionen in KI‑basierte Programme, die die Gedanken von Menschen lesen und neuronale Daten speichern, haben die UNESCO auf den Alarm gedrängt, da sie die Menschenrechte bedrohen und eine globale Regulierung erfordern.

“Das Versprechen … könnte zu hohen Kosten in Bezug auf Menschenrechte und Grundfreiheiten führen, wenn es missbraucht wird. Neurotechnologie kann unsere Identität, Autonomie, Privatsphäre, Gefühle, Verhaltensweisen und das allgemeine Wohlbefinden beeinflussen.”

– sagte Gabriela Ramos, stellvertretende Generaldirektorin der UNESCO für Sozial- und Geisteswissenschaften.

Infolgedessen erklärte die wissenschaftlich‑kulturelle Organisation der UN, dass sie ein „universelles ethisches Rahmenwerk“ für Neurotechnologie entwickeln wird.

Während Ramos besorgt ist, dass die Technologie das „wesentliche Wesen dessen, was es bedeutet, Mensch zu sein“, zu verändern, befürchten andere wie Mariagrazia Squicciarini, Hauptautorin eines UNESCO‑Berichts über das rasante Innovationstempo in der Neurotechnologie, dass die Hinzufügung von KI die Neurotechnologie „auf Steroiden“ setze.

Es wird geschätzt, dass private Investitionen in Neurotech‑Unternehmen im letzten Jahrzehnt seit 2010 um das 20‑fache gestiegen sind und 2020 7,3 Mrd. $ erreichten, während Patente im Bereich Neurotech in diesem Zeitraum um 266 % zulegten. Daten zeigen, dass der Markt für Neurotech‑Geräte in den nächsten vier Jahren voraussichtlich 24 Mrd. $ überschreiten wird.

Da fortschrittliche KI‑Modelle die Dekodierung von Hirndaten benötigen, argumentieren Befürworter von Regulierungen, dass die mentale Privatsphäre dringender denn je geworden ist. Wie wir in China sehen, tragen Arbeiter Hüte, die ihre emotionalen Zustände scannen, was ein breites Anwendungsspektrum dieser Technologie anzeigt. Ähnlich erforscht das US‑Militär solche Technologien, um mentale Fähigkeiten zu verbessern, Objekte mit Gedanken zu steuern und Soldaten einsatzbereiter zu machen.

Auch ethische Bedenken wurden hinsichtlich der Auswirkungen von BCIs auf die Gesellschaft geäußert. Viele befürchten, dass ein beispielloser Zugang zu den Gehirnen der Menschen dystopische Szenarien Realität werden lassen könnte.

Unternehmen im Bereich KI‑Gehirnimplantate

Werfen wir nun einen Blick auf einige der prominentesten Unternehmen im KI‑Gehirnchip‑Bereich:

1. Neuralink

Das von dem Milliardär und Unternehmer Musk gegründete Unternehmen entwickelt drahtlose Implantate, die Gehirnwellen lesen können. Kürzlich berichtete Neuralink, weitere 43 Millionen $ eingeworben zu haben, angeführt vom Founders Fund von Peter Thiel.

Im Juni wurde das Unternehmen auf etwa 5 Mrd. $ geschätzt, wobei der geschätzte Jahresumsatz 115,7 Mio. $ pro Jahr beträgt. Im November 2023 forderten US‑Abgeordnete die SEC auf, Neuralink wegen der Auslassung von Details zu Tiertodesfällen in Studien zu untersuchen. Was das Veröffentlichungsdatum des Neuralink‑Gehirnchips angeht, sagt Musk, dass es noch Jahre entfernt sei.

2. Synchron

Das in New York ansässige Unternehmen Synchron strebt an, implantierbare endovaskuläre Neuromodulationstherapien anzubieten. Anfang dieses Jahres veröffentlichte das Unternehmen die Ergebnisse seiner Studie zur Bewertung der Wirksamkeit und Machbarkeit des Synchron Switch bei Patienten mit schwerer Lähmung.

Das Gerät wird in das Blutgefäß des Gehirns eingeführt, von wo aus es über einen langen Zeitraum neuronale Signale überträgt, jedoch ohne negative Auswirkungen. Synchron wird von Bezos und Gates unterstützt und hat laut CB Insights insgesamt 135,7 Mio. $ eingeworben. Das Unternehmen hat einen geschätzten Jahresumsatz von $37.3 mln pro Jahr.

3. Blackrock Neurotech

Dieses privat geführte Unternehmen ist für seine Neurotechnologielösungen, einschließlich BCI‑Systemen, bekannt. Im vergangenen Jahr verkündete Blackrock Neurotech einen Rekord von 30.000 Tagen stationärer BCI‑Forschung, was laut Mitbegründer und Vorsitzendem Florian Solzbacher bedeutet, dass „die Technologie bereit ist, das Labor zu verlassen und in die Häuser der Patienten zu kommen.“

Es sicherte sich $10 Mio. $ an Finanzierung und zog 2021 namhafte Investoren wie Christian Angermayers re.Mind Capital, Peter Thiel, Tim Sievers und den University Venture Fund II von Sorenson Impact an.

4. BrainGate

Das Forschungskonsortium BrainGate hat ein Gehirnimplantat entwickelt, das einen Cluster von 100 spitzen Elektroden enthält und chirurgisch im Gehirn verankert wird. Sein BCI‑System ist darauf ausgelegt, Menschen mit Lähmung zu ermöglichen, robotische Gliedmaßen oder Computer mit ihren Gedanken zu steuern. Das ultimative Ziel von BrainGate ist es, Mobilität, Kommunikation und Unabhängigkeit für Menschen mit Tetraplegie wiederherzustellen.

5. Precision Neuroscience

Im Juni führte Precision Neuroscience, das vom Mitbegründer von Neuralink gegründet wurde, seine erste klinische Studie zur Kartierung menschlicher Gehirnsignale durch. Ihr Flaggschiff‑BCI‑System ist das Layer‑7‑Cortical‑Interface, ein Elektrodenarray, das dünner als ein menschliches Haar ist.

Anfang dieses Jahres sammelte das Unternehmen, das minimalinvasive BCI‑Implantate mittels kranieller Mikroschlitz‑Technik entwickeln will, 41 Mio. $, wodurch seine Gesamtfinanzierung in weniger als zwei Jahren auf 53 Mio. $ anstieg.

6. Kernel

Gegründet von Bryan Johnson, heißt die nichtinvasive BCI‑Technologie des Unternehmens „Kernel Flow“ und überwacht die Gehirnaktivität mittels zeitbereichs‑funktionaler Nahinfrarot‑Spektroskopie (TD‑fNIRS).

Laut seiner Website ist Kernel Flow ein tragbares und multimodales Neuroimaging‑Headset, das in wenigen Minuten eingerichtet werden kann. Das Headset kombiniert hochauflösende optische hämodynamische Bildgebung mit EEG‑Messungen, um multimodale Daten für umfassende Einblicke zu liefern.

7. Neurable

Dieses Unternehmen bietet BCI‑Systeme für klinische sowie Gaming‑Anwendungen an. Seine nichtinvasive, EEG‑basierte BCI‑Technologie zielt darauf ab, die Mensch‑Computer‑Interaktion in AR‑ und VR‑Umgebungen zu verbessern.

#8. Ctrl-labs

Ein Entwickler von nichtinvasiver neuronaler Schnittstellentechnologie, das Startup wurde von Mark Zuckerbergs Meta (ehemals Facebook) in einem Deal erworben, der auf etwa 1 Mrd. $ geschätzt wird. Im Jahr 2018 brachte das Unternehmen sein elektrodengestütztes Handgelenkband für BCI heraus. Metas Ziel ist es letztlich, Menschen die Möglichkeit zu geben, Tastaturen und mehr allein mit ihren Gedanken zu steuern.

Zukünftige Aussichten und Herausforderungen

KI‑Gehirnimplantate haben sich als leistungsstarkes Werkzeug in der Neurowissenschaft etabliert, das das Potenzial hat, unser Verständnis des Gehirns zu transformieren und Behandlungen zu revolutionieren. Während die Technologie bereits großen Erfolg bei der Wiederherstellung verlorener Funktionen verzeichnet, sind ihre Auswirkungen weitaus größer.

Von den US‑Militär finanzierten Forschern haben Systeme entwickelt, um Gehirnsignale zu erfassen und neuronale Pfade autonom zu aktivieren, als Behandlung für psychische Störungen. Erste Versuche mit „Closed‑Loop“-Gehirnimplantaten begannen bereits 2017 und erkannten Muster im Zusammenhang mit Stimmungsstörungen, um das Gehirn anschließend ohne ärztliche Intervention wieder in einen gesunden Zustand zu schalten.

Zusätzlich zur Wiederherstellung sensorischer Funktionen unterstützen Gehirnchips die Steuerung von Prothesen und die Behandlung abnormaler Hirnaktivitäten. Darüber hinaus ermöglicht Neurofeedback in Echtzeit den Einzelnen, mehr Kontrolle über ihre mentalen Zustände zu erlangen und aktiv ihre eigenen Emotionen und Verhaltensweisen zu regulieren. Forscher haben zudem begonnen, die Möglichkeit der Gehirn‑zu‑Gehirn‑Kommunikation zu erforschen, um direkte und nahtlose Informationsaustausche zu ermöglichen.

Eine weitere Möglichkeit, wie KI‑Chips die Landschaft wirklich verändern können, besteht darin, kognitive Fähigkeiten zu verbessern. Die Technologie kann das Gehirn auch bei Menschen ohne therapeutischen Bedarf unterstützen. Durch direkte Schnittstelle und Stimulation spezifischer Hirnregionen können diese KI‑Chips im Gehirn potenziell Fokus, Gedächtnis und Lernfähigkeiten steigern.

Während diese Chips neue Wege für die menschliche Erweiterung bieten, ist es entscheidend, die ethischen Überlegungen im Zusammenhang mit Zugänglichkeit und Privatsphäre zu adressieren.

Laut der Umfrage des Pew Research Center 2022 gaben 78 % der Amerikaner an, dass sie kein Computer‑Chip‑Implantat wollen, während nur 20 % interessiert sind. Das hat sich seit fünf Jahren kaum geändert, als zwei Drittel der Amerikaner sagten, sie wollten keinen Chip für eine „deutlich verbesserte Fähigkeit, sich zu konzentrieren und Informationen zu verarbeiten“ in ihrem Gehirn. Aber wenn die Nutzung von KI‑Gehirnchips verbreitet wird, glauben sechs von zehn US‑Erwachsenen, dass die meisten Menschen…

Was potenzielle Probleme mit Computer‑Chip‑Implantaten angeht, nannten 52 % Hacker, die Zugang zu den Informationen der Menschen erhalten könnten, während unerwünschte Veränderungen im Gehirn und Chip‑Fehlfunktionen zu den prominenten Problemen gehörten. In Anerkennung dieser Risiken wollen 83 % der Amerikaner, dass diese Implantate nach einem höheren Standard getestet werden als medizinische Geräte.

Dies zeigt die Notwendigkeit, das richtige Gleichgewicht zu finden, um das bemerkenswerte Potenzial von KI‑Gehirnchips zu erschließen und gleichzeitig die Gesundheit, Sicherheit und Grundwerte von Individuen und der Gesellschaft insgesamt zu schützen.

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Fazit

Brain‑Computer‑Interface‑Technologie, unterstützt durch KI‑Sprachlernmodelle, hilft dabei, Hirndaten mit erstaunlicher Geschwindigkeit zu verarbeiten, sodass Menschen mit Behinderungen endlich sprechen und sich bewegen können. Selbst Gedankenlese‑Implantate kommen nun der Realität immer näher.

Während die Technologie ein enormes Versprechen birgt, erfordern gleichzeitig die ethischen, datenschutz‑ und sicherheitsbezogenen Risiken von KI‑Chips im Menschen sorgfältige Überlegungen. Unternehmen müssen strenge Tests durchführen, vollständige Transparenz bieten und kontinuierliche Überwachung durchführen, während sie ethischen Richtlinien folgen, um das wahre Potenzial der Technologie zu nutzen.

Insgesamt sind die potenziellen Anwendungen von KI‑gesteuerten Gehirnchips enorm, und ihre Auswirkungen sind tiefgreifend.

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