Anschluss von Computern an biologische Hardware
Themenüberblick:Themenüberblick:
- Sehprothesen
- Innenohrprothese
- Steuerung von Gliedmaßen
2Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Sehprothesen
Es gibt 3 verschiedene Ansätze, umBlinden das Sehen zu ermöglichen:
- Retinaimplantat:• Das epiretinale Implantat• Das subretinale Implantat
- Gehirnimplantat
3Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Das epiretinale Implantat
Bei dem epiretinalen Implantat wird dasImplantat vor der Netzhaut angebracht
Bei diesem Ansatz • Sollen die Photorezeptoren durch eine
Minikamera ersetzt werden• Ein Neurocomputer das Bild in eine
Impulsfolge umwandeln• Die Nervenzellen im Auge stimuliert
werden
4Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Funktionsweise Epi-Retinaimplantat
5Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Schema Epi-Retinaimplantat
EmpfängerStimulations-elektronik
StimulationskontakteKamera-Chip
Sender
Retina-Encoder
6Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Reha beim Epi-Retinaimplantat
7Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Einsatz des Epi-Retinaimplantats
In Tests wurde nachgewiesen:
• Verträglichkeit: Langzeitstudie an einem Hund
• Stimulierbarkeit: Studie mit einer speziellen Sonde in Amerika an Freiwilligen
Anbringen des Implantats:• Durch chirurgischen Eingriff mit speziellem
Halter durchführbar• Routinemäßiger Eingriff
8Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Probleme des Epi-Retinaimplantats
- Derzeit wird Retina Encoder durch Großrechner realisiert um 100 Bild-Punkte zu stimulieren
- Fixierung des Implantats- Qualität des erkannten Bildes- Kosten hoch aber noch schwer
kalkulierbar; Übernahme Krankenkasse?
Forscher sind optimistisch
9Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Das subretinale Implantat
Das subretinale Implantat wird hinter der Netzhaut angebracht.
Das Implantat nutzt den intakten Teil des Auges und ersetzt lediglich die Photo-rezeptoren (Zapfen und Stäbchen) durch speziell zu entwickelnde Mikrophotodioden.
Diese wandeln das einfallende Licht in Spannungsimpulse um und leiten diese durch Elektroden an die Ganglienzellen weiter.
10Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Schema Sub-Retinaimplantat
Glaskörper
Gegenstand Auge Abbild auf Netzhaut
NetzhautSubretinales Implantat
Photo-rezeptoren
Ganglien-zellen
Amakrine Zellen, Bipolare Schaltzellen, Horizontalzellen
11Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Das Gehirnimplantat
Das Implantat besteht aus einer Mikrokamera, Minicomputer und einem Chip.
Der Chip wird direkt an der Oberfläche der visuellen Cortex implantiert. Der Chip ist mit 68 Platinelektroden ausgestattet.
12Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Schema Gehirnimplantat
ElektrodenKamera
zum/vom Computer
13Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Probleme des Gehirnimplantats
- Verletzungsgefahr- Sehr hohe Spannung zum Stimulieren
nötig Epilepsie- Restriktionen der Behörde für
Medikamente und Nahrungsmittel (FDA) medizinische Geräte ins Gehirn zu implantieren
14Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Themenüberblick
- Sehprothesen- Innenohrprothese
- Steuerung von Gliedmaßen
15Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Die Innenohr-Prothese
- Innenohrprothese = Cochlea-Implantat- Gehörlose können damit wieder hören- Erste routinemäßig eingesetzte
Sinnesprothese- wenig bekannt- 6000 Menschen in Deutschland tragen
das Implantat
16Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Aufbau des Cochlea-Implantats
Das Cochlea-Implantat besteht aus 2 Komponenten:
Der interne Teil
- Empfänger- Elektronik- Magnet - Feines Kabel mit 22
Stimulationselektroden
17Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Aufbau des Cochlea-Implantats
Der externe Teil:
- Sprachprozessor- Mikrophon- Sendespule
18Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Schema Cochlea-Implantat
19Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Themenüberblick
- Sehprothesen
- Innenohrprothese
- Steuerung von Gliedmaßen
20Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Steuerung von Gliedmaßen
Neuste Forschungsergebnisse:
- Affe bewegte Cursor mit Gedanken über den Bildschirm
- Affe steuert Roboterarm- nur wenige Elektroden nötig- Steuerung eines Cursors über
EEG Biofeedback
21Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Ziel der Forschungen
Prothesen:- mit dem Gehirn steuerbar- als Körperteil akzeptiert
Mensch-Maschine Schnittstelle:- Steuern des Computers- Sprachgenerator- Anschluss an andere Systeme
22Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik
Literaturverzeichnis
Sehprothesen:www.3sat.de/nano/serien/03867/ www.medizin.uni-koeln.de/kliniken/augenklinik/epi-ret3.htm
Cochlea-Implantat:www.ci-centrum.dewww.uni-regensburg.de/Fakultäten/Medizin/HNO
Steuerung von Gliedmaßen:www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/12084/1.htmlwww.hh.schule.de/ngb/hirn/hirn-pc.html
http://pvs.informatik.uni-heidelberg.de/Teaching/NTHR-03/ziegler.pdf