Wahrsager fürs Gehirn
Rechner erkennt gedachte Wörter an der Hirnaktivität
Forscher können durch Gehirnscans feststellen, welches Wort ein Versuchsteilnehmer denkt. Zwei unterschiedliche Datensätze flossen in ein Computermodell zur Vorhersage der Wörter ein: statistische Daten zur Bedeutung von Begriffen in einem durchschnittlichen englischen Text, und Ergebnisse aus Versuchen, bei denen die Aktivitätsmuster im Hirn für 60 Standardwörter gemessen wurden. Durch die Kombination der Daten konnten die Wissenschaftler um Tom Mitchell von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh anhand von Gehirnscans auch "neue" Wörter vorhersagen – Wörter, deren Hirnmuster nicht durch vorherige Messungen bekannt waren.
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Welche Bereiche des Gehirns zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sind, kann durch funktionale Magnetresonanztomographie (fMRI) gemessen werden. Die Wissenschaftler untersuchten so die Hirnaktivitäten von neun Probanden, während diese sich auf ein bestimmtes Wort konzentrierten. Insgesamt wurden die Aktivitätsmuster bei 60 verschiedenen geläufigen Wörtern wie Hose, Arm, Uhr und Hund aufgenommen. Diesen Worten wurden anschließend durch statistische Methoden Bedeutungen zugeteilt.
"Die Bedeutung des Wortes 'Apfel' findet sich beispielsweise in Hirnregionen wieder, die für das Schmecken, Riechen und Kauen zuständig sind", sagt Marcel Just, einer der beteiligten Wissenschaftler, "Ein Apfel ist das, was man mit ihm tut." Für ihren Versuch stellten sie Zusammenhänge zwischen Begriffen und 25 Verben wie etwa sehen, hören, essen, drücken und heben her. Eine Verbindung zwischen Begriff und Verb bestand für die Forscher, wenn beide in einem Text nahe beieinander auftauchten. Sie werteten dafür Standardtexte aus, die etwa tausend Milliarden Wörter umfassten und den typischen Wortgebrauch in der englischen Sprache widerspiegelten.
Mit den gesammelten Daten waren die Wissenschaftler in der Lage, ein Computermodell zu erstellen. Dieses kann anhand eines aufgenommenen Hirnscans vorhersagen, welches Wort ein Versuchsteilnehmer gerade denkt. Für die 60 Wörter, die die Grundlage des Computermodells bildeten, gelang diese Vorhersage recht gut. Die Erkennung und Zuordnung von bereits bekannten Hirnmustern und Worten war allerdings bereits in früheren Versuchen gelungen. Das Neue am aktuellen Ansatz: Auch Wörter, für die keine fMRI-Daten aus früheren Versuchen vorlagen, konnten auf diese Weise aus dem Hirn ausgelesen werden.
Vom Gedankenlesen ist die Technik noch weit entfernt, aber die Trefferquote lag deutlich über dem statistischen Durchschnitt. "Unsere Arbeit ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt auf dem Weg zum Verständnis des Codes des Gehirns", sagt Marcel Just. Als nächstes planen die Forscher Untersuchungen zu einfachen Sätzen und Kombinationen von Adjektiven und Hauptworten, sowie zu abstrakteren Begriffen und Konzepten.
Tom Mitchell (Carnegie Mellon University, Pittsburgh) et al.: Science, Bd. 320, S. 1191
ddp/wissenschaft.de – Michael Böddeker
