Der Kampf gegen Robotergegner bringt die Gehirne von Tischtennisspielern auf Hochtouren

Ein Tischtennisspieler, der eine mit Elektroden besetzte Kappe trägt, starrt einen Gegner an. Dies ist kein Gegner aus Fleisch und Blut; Das Roboter-Metallfass über dem Tisch feuert alle paar Sekunden eine Kugel ab. Laut einer heute in eNeuro veröffentlichten Studie reagiert das Gehirn des Spielers unterschiedlich, wenn es gegen einen menschlichen Gegner oder die kalte, berechnende Fähigkeit einer Maschine antritt.

Die Studie bringt die Bildgebung des Gehirns in ein reales Wettbewerbsumfeld, sagt Thorben Hülsdünker, Neurowissenschaftler und Sportwissenschaftler an der LUNEX University, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Es ist immer fraglich, ob man die Ergebnisse, die wir in einem standardisierten Labor haben, wo wir eine Aufgabe am Computer haben, auf eine Situation auf dem Spielfeld übertragen kann“, sagt er.

Sportwissenschaftler wie Hülsdünker verwenden seit langem das Elektroenzephalogramm (EEG) und andere bildgebende Verfahren des Gehirns, um zu untersuchen, wie die Gehirnaktivität von Spitzensportlern während ihrer Leistung im Labor schwankt. Um diese Gehirnaktivität in einer natürlicheren Umgebung zu verfolgen, rüsteten sie Sportler mit EEG-Kappen, die elektrische Impulse im Gehirn messen, und einem tragbaren Rucksack-Bildgebungsgerät aus. Als Forscher in der Vergangenheit versuchten, EEG-Hauben zur Aufzeichnung der Aktivität bei anstrengender Aktivität zu verwenden, lieferte die Bewegung viel Rauschen in die Daten. Um dies zu umgehen, hat die Gruppe der University of Florida (UF) eine EEG-Kappe mit einer höheren Elektrodendichte entwickelt, die über 120 anstelle der üblichen 16, 32 oder 64 verfügt. Zusätzliche 120 Elektroden messen das Rauschen in den Daten, sodass dies möglich ist vom wahren Gehirnsignal abgezogen, ähnlich wie es bei Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung der Fall ist.

„Das bedeutet sehr viele Elektroden auf kleinem Raum im Kopf“, sagt Daniel Ferris, UF-Neurowissenschaftler und Co-Autor der Studie.

Die Forscher testeten die Kappe zunächst auf dem Tennisplatz, doch die abrupten Nacken- und Körperbewegungen der Spieler machten es zu schwierig, genaue Aufzeichnungen zu erhalten. Also wandten sich die Forscher der kleineren Variante zu: Tischtennis. Mit aufgesetzter Kappe traten die Spieler entweder gegen einen Roboter oder einen Menschen an, der den Ball bediente, sagt Amanda Studnicki, Mitautorin der Studie und UF-Doktorandin.

So oder so, kurz bevor ein Spieler den Aufschlag erhielt, stieg die Gehirnaktivität in einem Bereich an, der an der Planung und Integration visueller Hinweise und Bewegungen beteiligt ist. Wenn sie einem menschlichen Gegner gegenüberstehen, feuern diese Neuronen normalerweise gleichzeitig, ein Zeichen dafür, dass sich das Gehirn in einem Ruhezustand befindet. Aber gegen einen Robotergegner sah die Gehirnaktivität eines Spielers anders aus: Sie war weniger koordiniert, und die Gehirnzellen feuerten zu unterschiedlichen Zeiten. Im Wesentlichen war das Gehirn angesichts eines undurchschaubareren Gegners damit beschäftigt, Berechnungen und Vorhersagen zu treffen und herauszufinden, wann der Ball ankommen würde. Dies führte zu einem erhöhten Erwartungs- und Aufmerksamkeitszustand.

„Ihr Gehirn ist in einem ganz anderen Zustand, wenn Sie mit den Maschinen spielen, die mit Bällen auf Sie schießen“, sagt Ferris.

Viele Spitzensportler, auch im Tischtennis, nutzen bereits Maschinen zum Training. Diese Studie legt jedoch nahe, dass diese Praxis den Kampf gegen menschliche Gegner möglicherweise nicht perfekt nachahmt, stellen die Autoren fest. „Sie möchten einer Darstellung dessen, was Sie ausführen müssen, möglichst nahe kommen“, sagt Ferris. „Wenn man bedenkt, wie unterschiedlich die Gehirndynamik in vielen dieser Bereiche ist [wenn man einem Roboter gegenübersteht], denke ich, dass das nicht so gut zusammenpasst.“

Dennoch sagt Studnicki: „Roboter sind praktisch – es kann zu vielen Wiederholungen kommen, deshalb denke ich, dass sie sich immer noch lohnen.“ Aber das Training gegen Menschen werde „mehr Variabilität bieten, die man mit einem Roboter nicht bekommt.“

Es ist noch nicht klar, warum das Gehirn anders auf einen Roboter reagiert. Die Autoren vermuten, dass die fehlende Körpersprache der Maschine die unterschiedliche Reaktion auslösen könnte.

Über den Sport hinaus könnte die tragbare Kappe zur Überwachung der Gehirnaktivität während der Bewegung im täglichen Leben von Menschen verwendet werden, die gesund sind oder an Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Krankheit leiden. Inzwischen ist Ferris froh, diesen ersten Schritt mit dem Tischtennis gemacht zu haben. „[Es ist] ein gutes Testfeld. … Es ist eine Möglichkeit zu testen, ob wir tatsächlich herausfinden können, was Ihr Gehirn tut.“