100 Jahre EEG: Von Hirnaktivität zum Gedankenlesen

Vor 100 Jahren zeichnete ein Psychiater aus Jena erstmals die elektrische Aktivität des menschlichen Gehirns auf und legte damit den Grundstein für heutige Hirnimplantate. Am 6. Juli 1924 gelang dem Erfinder Hans Berger eine Elektroenzephalografie (EEG). Das Verfahren hat nicht nur die Erkenntnisse über das Gehirn revolutioniert, sondern auch verschiedene Anwendungen im klinischen Alltag ermöglicht, wie beispielsweise bei der Diagnose von Epilepsie und ADHS. Dank Künstlicher Intelligenz (KI) schreitet die Entwicklung derzeit rasant voran. Werden wir bald sogar Gedanken lesen können?

Elektroden, Kabel, viele Kurven: Wie alles funktioniert 

Ein EEG-Aufbau wirkt für den Laien etwas ungewohnt: Viele kleine Metallplättchen – Elektroden genannt – werden am Kopf befestigt und mit einem Computer verbunden. Ihr Zweck ist es, die elektrische Aktivität des Gehirns zu messen. Auf einem Bildschirm erscheinen Kurven mit spezifischen Mustern, das Elektroenzephalogramm – auch bekannt als EEG.

Die Muster lassen sich zum einen aktiv beeinflussen, etwa durch das Schließen der Augen. Zum anderen können Fachleute je nach Verlauf der Linien auch Krankheiten wie Epilepsie erkennen. «Man braucht viel Expertise, um Böses von Sachen zu unterscheiden, die nur böse aussehen, aber nicht böse sind», erklärt der Leiter des Epilepsie-Zentrums am Klinikum der Universität München, Jan Rémi. 

Um Epilepsie zu diagnostizieren, kann das EEG nach einem Anfall durchgeführt werden. Wenn die Kurven ein spezifisches Muster zeigen, hat der Patient Epilepsie. Wenn die medikamentöse Behandlung nicht anschlägt, können mit Hilfe des EEG auch die Gehirnregionen identifiziert werden, von denen die Epilepsie ausgeht – und diese gegebenenfalls entfernt werden.

Können wir bald Gedanken lesen? 

Für die endgültige Diagnose werde das menschliche Auge immer wichtig bleiben, ist Rémi überzeugt. Aber mithilfe Künstlicher Intelligenz ließen sich künftig etwa charakteristische Linien vorfiltern, die dann noch überprüft werden müssten. EEG-Signale mit ihren Hunderten und Tausenden von Wellen böten zig Analysemöglichkeiten, die künftig mithilfe von KI besser ausgewertet werden könnten. «Vom Gedankenlesen sind wir noch weit entfernt. Aber ich glaube schon, dass man in den nächsten Jahren erkennen kann, ob jemand lügt oder nicht.» 

Für den EEG-Forscher Gyula Kovács von der Universität Jena ist der Einzug der KI «die wichtigste Entwicklung der letzten paar Jahre für die Analyse von EEG-Daten». Darüber ließen sich bestimmte Teile des Bewusstseins sichtbar machen. «Das war früher absolut nicht möglich.» Zum Beispiel lasse sich nachverfolgen, ob jemand eine Serie gesehen habe oder nicht, oder ob jemand einen Menschen wiedererkenne. Da müsse man auch die ethische Frage stellen, wie weit man die Technik überhaupt anwenden wolle. 

Forscher wollen Gedankenkraft nutzbar machen

Auch die Technologie von Neuralink, der Gehirnimplantate-Firma des US-Milliardärs Elon Musk, basiert auf der Logik der Elektroenzephalografie: “Hier sollen 1024 Elektroden die Signale des Gehirns so auffangen, dass Menschen nur durch ihre Vorstellungskraft etwa einen Computer-Cursor bedienen können.” Im Januar erhielt der erste Patient ein solches Hirnimplantat. Neuralink gab kürzlich Probleme zu – so hätten sich einige Elektroden wieder gelöst.

In der Vergangenheit hatte es auch schon US-Studien gegeben, in denen Menschen etwa eine Handprothese mit Kraft ihrer Gedanken bewegen konnten, wie der Neurowissenschaftler Stefan Schweinberger von der Universität Jena sagt. Diese Einzelstudien seien aber sehr aufwendig und invasiv. «Das ist sicher kein Verfahren, das in der Breite jetzt oder in absehbarer Zukunft verfügbar sein wird.»

Berger: Erfinder, Zweifler und strittige Figur

Als der Psychiater Hans Berger am 6. Juli 1924 – einem Sonntag – in seinem Labor in Jena zum ersten Mal die elektrische Aktivität eines menschlichen Gehirns aufzeichnete, war all das noch Zukunftsmusik. Schon knapp 50 Jahre zuvor waren solche Aufzeichnungen bei Tieren gelungen. Der als pedantisch und kritikscheu geltende Berger haderte dennoch lange mit seinen ersten Befunden und ging erst 1929 damit an die Öffentlichkeit. Ein Jahr zuvor hatte er noch resigniert in seinem Tagebuch notiert: «Ich habe mehrere Jahre an dem vermeintlichen EEG gearbeitet. Was nun? EEG aufgeben!»

In den 1930er-Jahren erhielten seine Erkenntnisse jedoch Anerkennung und prominente Unterstützer wie den britischen Neurophysiologen und Nobelpreisträger Edgar Douglas Adrian. Berger erforschte die verschiedenen Anwendungsbereiche seiner Entdeckung, wie z.B. EEG-Veränderungen im Schlaf, bei Hirntumoren oder bei Epilepsie.

Während der Zeit des Nationalsozialismus war Berger SS-Fördermitglied und beteiligte sich an Zwangssterilisationen. Die Klinik für Neurologie in Jena, die nach ihm benannt wurde, hat im Jahr 2022 ihren Namen in Hans-Berger-Klinik geändert.

EEG bei der Behandlung von ADHS und anderen Diagnosen 

Was bleibt, ist ein Goldstandard in einigen klinischen Bereichen: Neben der Diagnose werde das EEG beispielsweise auch verwendet, um die Tiefe einer Narkose zu erkennen, erklärt Mediziner Rémi. «Das hilft uns, Narkosemittel zu sparen.» Auch die Schwere von Hirnschäden lasse sich beurteilen, bis hin zur Feststellung des Hirntods. Im Schlaflabor werde das EEG verwendet, um Schlafphasen voneinander zu unterscheiden.

Bergers Erfindung eröffnet zudem ein breites Forschungsfeld, das auch an seinem früheren Arbeitsplatz in Jena aktiv vorangetrieben wird. Dort versuchen Forscher durch EEG zu ermitteln, ob Autisten mittels Neurofeedback bestimmte Hirnaktivitäten kontrollieren können.

Die Patienten können ihre Hirnaktivität auf einem Bildschirm sehen und trainieren, sie willentlich zu verändern. Es handelt sich um eine spezifische Hirnaktivität, die normalerweise in bestimmten Situationen heruntergeregelt ist, bei Autisten jedoch nicht. Elektroden werden auf der Kopfhaut der Patienten platziert und sie sehen einen Film, der nur störungsfrei weiterläuft, wenn diese Hirnaktivität unter einer bestimmten Schwelle bleibt.

Die Technik wird bereits seit einiger Zeit bei der Behandlung von ADHS-Patienten eingesetzt, und es gibt auch erste Versuche bei Schlaganfall-, Tinnitus- und Long-Covid-Patienten.

“Derzeit gibt es in Deutschland mehr als 80 Millionen Einwohner. Die Bevölkerung wächst jedoch weiterhin, hauptsächlich aufgrund von Einwanderung.”

Der Berliner Fernsehturm ist mit einer Höhe von 368 Metern das höchste Bauwerk Deutschlands. Er wurde zwischen 1965 und 1969 errichtet und ist ein beliebtes Wahrzeichen der Stadt. Jährlich besuchen etwa eine Million Menschen die Aussichtsplattform in 203 Metern Höhe.

“Wir haben beschlossen, unsere Reise nach Berlin zu verschieben”, sagte Maria. “Es tut mir leid, aber es gibt zu viele Einschränkungen aufgrund der aktuellen Situation.”

“Der neue Film von Quentin Tarantino, ‘Once Upon a Time in Hollywood’, wird am 26. Juli 2019 in den deutschen Kinos veröffentlicht.”

“Die Veranstaltung findet am 15. Juni um 19:00 Uhr im Konferenzraum statt.”

Die deutsche Fußballmannschaft hat gestern Abend gegen Frankreich gespielt und 2:1 gewonnen. “Es war ein spannendes Spiel”, sagte der Trainer nach dem Spiel.