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Über Gehirnsignale die Sprache zurückgewinnen

Neurologie

(15.08.2018)  Nach einem Schlaganfall leiden viele Patienten an einer dauerhaften Sprachstörung. Freiburger Forscher haben jetzt ein Training entwickelt, mit dem selbst schwer Betroffene wieder sprechen lernen. Eines müssen sie dabei nicht: Sprechen.  

Wenn ein Schlaganfall die Sprachfähigkeit beeinträchtigt, leidet die soziale Interaktion der Betroffenen enorm. Die Neurologin Dr. Mariachristina Musso von der Klinik für Neurologie und Neurophysiologie des Universitätsklinikums Freiburg und der Informatiker Dr. Michael Tangermann vom Institut für Informatik an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg haben mit ihrem Forschungsteam ein neues Training zur Verbesserung der Sprachfähigkeit entwickelt. Für ihren innovativen Trainingsansatz, der die Gehirnsignale der Patientinnen und Patienten einbezieht, wurden sie mit einem internationalen Preis ausgezeichnet, dem BCI Award.

Video zur Studie (Englisch)

Der BCI Award ist ein internationaler Forschungspreis und wird für neue und vielversprechende klinische Einsatzmöglichkeiten von Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer Interfaces, BCIs) vergeben. Solche Systeme messen Gehirnsignale und werten sie innerhalb weniger Millisekunden durch selbstlernende Computeralgorithmen aus. Dadurch ist es möglich, allein durch die eigene Gehirnaktivität eine Computeranwendung zu steuern. Dr. Musso und Dr. Tangermann entwickelten im Rahmen des Exzellenzclusters BrainLinks-BrainTools eine neue Anwendung dieser Technologie: Ihr Ziel war die Verbesserung der Sprachfähigkeit von Patienten nach einem Schlaganfall.  

Hirnsignale verraten den Erfolg

Dr. Musso und Dr. Tangermann entwickelten mit ihrem Team ein Sprachtraining, das erstaunlicherweise nicht auf Sprechen, sondern auf Zuhören basiert. Die Teilnehmer hören einen Satz, bei dem ein Wort fehlt. Durch aufmerksames Zuhören müssen sie dann  aus einer kontinuierlichen Folge vieler Wörter das richtige identifizieren und sich merken. Ob es das richtige Wort ist, messen die Forscher mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) über die Gehirnsignale der Patienten, während diese den abgespielten Worten zuhören.  

Die EEG-Signale können kognitive Prozesse mit hoher zeitlicher Genauigkeit abbilden, was wichtig für die Untersuchung von Sprache ist. Mit Algorithmen des maschinellen Lernens unterscheiden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Echtzeit, welche EEG-Signale beim Zuhören durch das Zielwort oder aber durch die ablenkenden Worte ausgelöst werden.  

Aufmerksames Zuhören als Schlüssel

Im Gegensatz zu existierenden Sprachtrainingsansätzen ist das Aussprechen der Worte nicht nötig. „Das macht es gerade für Patienten mit schweren Sprachstörungen einfacher, ihre Sprachfähigkeit zu verbessern“, sagt Dr. Musso. Möglich ist das, weil beim Hören und Vorstellen eines Wortes die gleichen Hirnareale aktiviert werden wie beim Sprechen selbst.  

Direkt im Anschluss an die abgespielten Worte bekommen die Patienten eine Rückmeldung auf Grundlage der EEG-Signale. „So erfahren die Patienten, wie gut sie die Aufgabe absolviert haben. Dadurch entwickeln sie eine erfolgreiche Strategie, um sich auf das richtige Wort zu konzentrieren, und können diese dann auch im Alltag benutzen“, erklärt Dr. Musso.

Überglückliche Patienten

Das intensive Sprachtraining dauert drei bis fünf Wochen und findet an vier Tagen pro Woche statt. Bei den acht Patienten, die an der Pilotstudie teilnahmen, lag der Schlaganfall mehrere Monate bis Jahre zurück. Die Ergebnisse der Pilotstudie sind sehr vielversprechend: Durch das Training haben sich bei diesen chronischen Patienten viele sprachliche Kompetenzen wie Aussprechen, Benennen, Verstehen, Schreiben und Lesen verbessert. „Am Ende des Trainings konnten selbst der mittelschwer Betroffene wieder ganze Sätze sprechen. Das ist eine enorme Verbesserung. Die Patienten waren überglücklich über ihre Fortschritte“, sagt Dr. Musso.  

25.000 Betroffene allein in Deutschland

Allein in Deutschland erleiden jedes Jahr rund 25.000 Menschen durch einen Schlaganfall eine dauerhafte Sprachstörung. „Diese hohe gesellschaftliche Relevanz und die positive Rückmeldung durch den internationalen Preis bestärken uns in unserer Forschung. Wir werden sie weiter vorantreiben, damit das BCI-gestützte Sprachtraining in einigen Jahren als neue Therapieoption zur Verfügung steht“, so Dr. Tangermann.

Die Wissenschaftler planen ab 2019 eine größer angelegte Studie, um die Wirkung des Trainings genauer zu untersuchen. Sie wollen außerdem herausfinden, für welche Patientengruppe und für welche Arten von Schlaganfällen es besonders geeignet ist. Von einem Therapeuten durchgeführt, könnte der neue Trainingsansatz zukünftig die traditionelle Sprachtherapie unterstützen.  

Weblink zur Studie: www.bsdlab.uni-freiburg.de/aphasiestudie 

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