Wie unser Gehirn zusätzliche Körperteile steuert
(cam.ac.uk)- Forschende aus Cambridge testeten den robotischen Zusatzdaumen Third Thumb mit gewöhnlichen Teilnehmenden und stellten fest, dass diese auch mit kaum zusätzlichem Training Objekte greifen und manipulieren konnten
- Das Gerät wird an der Handfläche gegenüber dem biologischen Daumen getragen; Drucksensoren an beiden Füßen steuern Bewegungen quer über die Hand sowie in Richtung der Finger
- Bei der Royal Society Summer Science Exhibition 2022 nahmen über fünf Tage 596 Personen im Alter von 3 bis 96 Jahren teil; 98 % schafften es innerhalb der ersten Minute der Nutzung, Objekte zu manipulieren
- Geschlecht, Händigkeit sowie Berufe, die Fingerfertigkeit erfordern, oder Erfahrungen mit dem Erlernen eines Instruments zeigten keinen klaren Zusammenhang mit der Aufgabenleistung; jüngere Teilnehmende hatten insgesamt jedoch größere Schwierigkeiten
- Wearable-Technologien zur motorischen Erweiterung müssen bereits in frühen Designphasen auf Inklusion geprüft werden, indem Alter, körperliche Voraussetzungen, Behinderungen, Lebensstil sowie kultureller und finanzieller Hintergrund berücksichtigt werden
Die motorische Erweiterung, auf die Third Thumb abzielt
- Motorische Erweiterung ist ein Technologiebereich, der die biologischen Grenzen von Bewegung mithilfe angetriebener Wearables wie Exoskeletten oder zusätzlichen robotischen Körperteilen erweitern will
- Solche Geräte können die Produktivität und Lebensqualität gesunder Menschen erhöhen und Menschen mit Behinderungen neue Möglichkeiten bieten, mit ihrer Umgebung zu interagieren
- Professorin Tamar Makin von der Cambridge MRC Cognition and Brain Sciences Unit sieht darin eine Technologie, die die Beziehung des Menschen zu Körper, Geist und Alltag verändert
- Nur wenn Inklusion von Beginn der Forschung und Entwicklung an integriert und gemessen wird, können auch marginalisierte Communitys an neuen Technologien teilhaben und von ihnen profitieren
Aufbau des Geräts und Bedienweise
- Der von Dani Clode entwickelte Third Thumb ist ein zusätzlicher robotischer Daumen, der den Bewegungsumfang, die Greiffähigkeit und die Tragekapazität der Hand der tragenden Person erhöhen soll
- Nutzer können Aufgaben ausführen, die mit einer Hand schwierig oder unmöglich wären, oder komplexe beidhändige Aufgaben ohne Hilfe anderer bewältigen
- Das Gerät wird an der Handfläche gegenüber dem biologischen Daumen getragen
- Gesteuert wird es über Drucksensoren, die unter den jeweiligen großen Zehen oder unter den Füßen platziert sind
- Druck mit dem rechten Zeh zieht den Third Thumb quer über die Hand
- Druck mit dem linken Zeh zieht den Third Thumb nach oben in Richtung der Finger
- Das Ausmaß der Bewegung ist proportional zum ausgeübten Druck
- Wird der Druck gelöst, kehrt er in die Ausgangsposition zurück
Öffentlicher Test mit 596 Teilnehmenden
- Bei der Royal Society Summer Science Exhibition 2022 konnte die breite Öffentlichkeit den Third Thumb in mehreren Aufgaben selbst ausprobieren
- Die Ergebnisse wurden in Science Robotics veröffentlicht
- Über fünf Tage nahmen 596 Personen am Test teil; ihr Alter reichte von 3 bis 96 Jahren, mit vielfältigen demografischen Hintergründen
- Nur vier von ihnen konnten das Gerät nicht verwenden
- Dazu gehörten Fälle, in denen das Gerät nicht stabil an die Hand passte
- Fälle, in denen die Steuerung mit den Füßen nicht möglich war
- sowie Fälle, in denen die für die Ausstellung entwickelten Drucksensoren für sehr leichte Kinder ungeeignet waren
- Die Teilnehmenden erhielten bis zu eine Minute Zeit, sich mit dem Gerät vertraut zu machen, und wurden anschließend angeleitet, eine von zwei Aufgaben auszuführen
Zwei Aufgaben zur Prüfung der erstmaligen Nutzbarkeit
- Bei der ersten Aufgabe sollten die Teilnehmenden nur mit dem Third Thumb Pegs von einem Pegboard einzeln aufnehmen und in einen Korb legen
- Sie sollten innerhalb von 60 Sekunden so viele Pegs wie möglich bewegen
- 333 Personen absolvierten diese Aufgabe
- Bei der zweiten Aufgabe sollten sie den Third Thumb gemeinsam mit der biologischen Hand verwenden, um fünf oder sechs verschiedene Schaumstoffobjekte zu manipulieren und zu bewegen
- Die Objekte hatten unterschiedliche Formen und erforderten verschiedene Manipulationen, sodass ein höheres Maß an Fingerfertigkeit nötig war
- Die Teilnehmenden sollten innerhalb von maximal 60 Sekunden so viele Objekte wie möglich in einen Korb legen
- 246 Personen absolvierten diese Aufgabe
Faktoren, die Leistungsunterschiede ausmachten
- Fast alle Teilnehmenden konnten das Gerät sofort verwenden
- 98 % der Teilnehmenden gelang es innerhalb der ersten Minute der Nutzung, mit dem Third Thumb Objekte zu manipulieren; nur 13 Personen konnten die Aufgabe nicht ausführen
- Das Fähigkeitsniveau der Teilnehmenden variierte, doch es gab keine Leistungsunterschiede nach Geschlecht
- Obwohl der Third Thumb immer an der rechten Hand getragen wurde, veränderte die Händigkeit die Leistung nicht
- Auch Faktoren, die auf eine gute Handnutzung hindeuten könnten, etwa Erfahrung mit dem Erlernen eines Instruments oder ein Beruf, der Fingerfertigkeit erfordert, standen nicht eindeutig mit der Aufgabenleistung in Zusammenhang
Nutzungsschwierigkeiten nach Alter
- Ältere und junge Erwachsene zeigten ein ähnliches Niveau bei der Fähigkeit, die neue Technologie zu nutzen
- Innerhalb der Gruppe älterer Menschen zeigte sich mit zunehmendem Alter eine Tendenz zu geringerer Leistung
- Die Forschenden vermuten, dass dieser Effekt auf den allgemeinen altersbedingten Rückgang sensomotorischer und kognitiver Fähigkeiten zurückgehen könnte
- Möglich ist auch, dass er generationelle Beziehungen zu Technologie widerspiegelt
- Die Leistung kleiner Kinder war insgesamt niedriger
- Von den 13 Personen, die die Aufgabe nicht abschließen konnten, waren 6 jünger als 10 Jahre
- Auch unter den Kindern, die die Aufgabe abschlossen, schnitten die jüngsten tendenziell schlechter ab als ältere Kinder
- Auch ältere Kinder im Alter von 12 bis 16 Jahren hatten mehr Schwierigkeiten als junge Erwachsene
Warum inklusives Design nötig ist
- Dani Clode versteht Augmentation nicht als bloßes Werkzeug, sondern als Gestaltung einer neuen technologischen Beziehung, bei der Technik zu einer Erweiterung des Körpers wird
- Wearable-Technologien sollten mit Blick auf unterschiedliche Körper von der Designphase an so inklusiv wie möglich sein
- Geräte müssen für eine breite Nutzerschaft zugänglich und funktional einsetzbar sein, und Menschen sollten sie schnell erlernen und verwenden können
- Lucy Dowdall sieht es als Voraussetzung für den Erfolg motorischer Erweiterung und breiterer Mensch-Maschine-Interaktion, dass sie sich nahtlos in die motorischen und kognitiven Fähigkeiten der Nutzer integrieren
- Zu berücksichtigende Faktoren sind Alter, Geschlecht, Gewicht, Lebensstil, Behinderungen, kultureller und finanzieller Hintergrund sowie Vorlieben oder Abneigungen gegenüber Technologie
- Physische Tests mit großen und vielfältigen Gruppen sind entscheidend, um dieses Ziel zu erreichen
Beispiele für Scheitern bei mangelndem inklusivem Design
- Bei automatischen Spracherkennungssystemen gab es Fälle, in denen sie weiße Stimmen besser erkannten als schwarze Stimmen
- Einige Augmented-Reality-Technologien erwiesen sich bei Nutzern mit dunklerer Hautfarbe als weniger wirksam
- Autositze und Sicherheitsgurte wurden in Crashtests überwiegend auf Dummys mit der Größe eines durchschnittlichen Mannes ausgelegt, wodurch Frauen bei Verkehrsunfällen höheren Gesundheitsrisiken ausgesetzt sind
- Gefährliche elektrische und industrielle Werkzeuge, die für rechtshändige Nutzung oder Griffe ausgelegt sind, führten in einigen Fällen zu mehr Unfällen, wenn Linkshänder sie mit der nicht dominanten Hand verwendeten
- Die zugehörige Studie ist Assessing First Time Usability of a Hand Augmentation Device in a Large Sample of Diverse Users. und wurde am 29. Mai 2024 in Science Robotics veröffentlicht
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Meine Achillessehne war gerissen, ich hatte eine vollständige Rekonstruktions-OP: Dabei wurde die Sehne, mit der ich den großen Zeh bewegte, abgetrennt, um die Ferse herumgeführt und am Bein nach oben gezogen; daraus wurde dann im Wesentlichen die Achillessehne neu aufgebaut.
Jetzt bewegt der Muskel, der ursprünglich den Zeh bewegt hat, den ganzen Fuß. Anfangs war es seltsam, weil sich etwas anderes bewegte, wenn ich versuchte, den Zeh zu bewegen. Aber auf Anweisung des Arztes lag ich drei Monate lang fast nur im Bett mit hochgelegtem Bein, und die Muskeln wurden völlig schlapp. Als ich danach über Monate im Schwimmbad und im Fitnessstudio Physiotherapie machte und wieder anfing, mich zu bewegen, hatte sich das Gehirn bereits auf „dieser Muskel bewegt nicht den Zeh, sondern den Fuß“ umgestellt; ein bewusstes Neulernen war nicht nötig.
Nach mehreren Lernzyklen verstehe ich, was sie meint. Als Kind war das aber wegen meiner Neigung, mich auf Systeme und Regeln zu stützen, eine große Hürde. Ironischerweise kamen meine größten Durchbrüche bei Tempo und Technik als jugendlicher Schwimmer aus der Intuition, die durch Tausende Stunden Wiederholung entstand; die „Technik des Nicht-Konzeptualisierens“ zu verstehen, brauchte aber noch viel mehr Jahre und eine hervorragende Klavierlehrerin.
In meinem Fall war der Zugang zu einem warmen Therapiebecken entscheidend: Ich bin jeden Tag eine Stunde lang quasi hineingekrochen und konnte am Ende zu Fuß wieder aus dem Fitnessstudio hinausgehen.
Damals wurde mir klar, dass das Gehirn nicht einfach nur simple Dinge tut, sondern sich auf vielen Ebenen komplex anpasst und korrigiert. Beim Fuß ist es genauso, und es funktioniert viel tiefer, als wir denken. Wahrscheinlich ist nicht nur dieser eine Muskel beteiligt, sondern alle umliegenden Muskeln helfen gemeinsam beim Gehen; es würde mich nicht wundern, wenn etwa 50 Muskeln beteiligt wären.
Es gibt den sogenannten Curb-Cut-Effekt. Dabei wird etwas, das zur Berücksichtigung von Menschen mit einer bestimmten Behinderung geändert wurde, viel breiter nützlich als erwartet.
Der Name stammt von den abgesenkten Bordsteinen an Kreuzungen, die gemäß ADA für Rollstuhlnutzer eingerichtet wurden, in der Praxis aber auch für Kinderwagen, Fahrräder usw. sehr nützlich waren. Untertitel waren ähnlich, und es gibt viele weitere Beispiele. Hier könnte es vielleicht umgekehrt sein: Man entwickelt eine Technologie für gesunde Menschen, untersucht, wie gesunde Menschen sich anpassen, und kann sie irgendwann massentauglich machen. Weil es viel mehr Menschen gibt, deren Finger alle funktionieren, ist der Markt größer; sobald das Produkt aber erst einmal existiert und verbreitet ist, könnte es auch den Menschen, die es wirklich brauchen, enorm helfen.
Unterstützung für Farbthemen braucht man für Modi bei Farbsehschwäche, und Labels sowie Tags von UI-Elementen helfen nicht nur Screenreadern, sondern auch automatisierten Test-Suiten. Konfigurierbare Shortcuts machen Apps mit assistiven Eingabegeräten leichter nutzbar. Dieser Zusammenhang ist so stark, dass auch große Unternehmen ihn kennen; ich habe dazu sogar in der Schulung für Google-Mitarbeiter einen Kurs gehört.
Selbst bei denselben curb cuts müssen inzwischen taktile, geriffelte Platten eingebaut werden, damit blinde oder sehbehinderte Menschen den Übergang zwischen Gehweg und Fahrbahn ertasten können; diese Platten machen die Rampe für alles mit Rädern deutlich unbequemer.
Natürlich wäre er wohl nicht aufgeklärt genug gewesen, die Regierungsstruktur selbst zu ändern.
Der vollständige Titel von Marshall McLuhans Buch Understanding Media lautete „Understanding media: the extensions of man“, und es gab darin auch ein Kapitel über Autos.
Wenn man einmal die unheimliche Erfahrung des Schleuderns gemacht hat, diesen furchterregenden Adrenalinstoß in der einen Sekunde, in der einem klar wird, dass das Auto nicht mehr unter der eigenen Kontrolle ist, weiß man, dass er da etwas getroffen hat. Das Auto ist eine Erweiterung des Körpers, fast wie ein zusätzliches Körperteil.
Außerdem hatten in meinem Land leichte Motorräder, Roller und Fahrräder früher nicht immer Blinker, daher waren Handzeichen beim Links- und Rechtsabbiegen üblich. Einmal ging ich durch einen Flur und musste in einen rechten Gang oder Durchgang abbiegen, und machte unbewusst ein Handzeichen.
Auf einer Wanderung unter LSD hatte ich ein sehr lebhaftes Erlebnis: Ich verstand vollständig den cyborgartigen Charakter, den ich angenommen hatte, indem ich alle zum Überleben nötigen Ressourcen am Körper trug. Dinge wie ein Schlauch, der Wasser zum passenden Organ leitet, eine zusammengefaltete zusätzliche Behausung, die Fähigkeit, Wasser von schädlichen Krankheitserregern zu trennen und so weiterzuleben, Feuer, das man bei Bedarf entzünden kann, und ein Gefäß, um Nahrung zuzubereiten, die ursprünglich schwer essbar oder schwer verdaulich wäre. Die kognitiven Prozesse organisieren sich um die neuen Möglichkeiten herum, die man sich selbst bereitgestellt hat; man könnte sagen, man denkt nicht über diese Fähigkeiten nach, sondern mit ihnen.
Etwas verwandt: Nachdem ich mir letztes Jahr den Kopf gestoßen hatte, habe ich links fast mein gesamtes Niederfrequenz-Hörvermögen verloren. Ich hatte ohnehin schon einen Verlust, und auf der anderen Seite war das Hochfrequenz-Hören bereits fast weg
Eine Zeit lang klangen alle Menschen wie Eichhörnchen, aber jetzt, nach einem Jahr, nehme ich subjektiv kaum noch einen Unterschied wahr. Die Richtungsbestimmung fällt mir weiterhin schwer, sodass ich bei Sirenen nicht weiß, aus welcher Richtung sie kommen, aber Musik klingt wie früher. Auch die Stimmen von Leuten, die ich kenne, sind genau so vertraut wie früher. Nur fällt es mir inzwischen schwer, am Telefon bei jemandem, den ich zum ersten Mal höre, das Geschlecht zu unterscheiden. Es ist sehr surreal, wie stabil die subjektive Erfahrung der Realität bleibt und wie das Gehirn die fehlenden Teile einfach überdeckt und patcht. Die Geschichten, dass Menschen sich innerhalb weniger Tage an Brillen gewöhnen, die das Sichtfeld auf den Kopf stellen, glaube ich jetzt viel eher
Die frühen Demos von Ctrl-labs, das später von Facebook übernommen wurde, waren wirklich faszinierend
Man trug ein Sensorband am Unterarm, und elektrische Signale, die das Gehirn sendet, wurden per Machine Learning interpretiert. Sie konnten die Bewegungsabsicht noch vor der tatsächlichen Bewegung auslesen, und angeblich gab es eine perfekte Tastatur, bei der man die Finger gar nicht wirklich bewegen musste. Interessant ist, dass eine Person, die dort arbeitete, herausgefunden hatte, wie man einen dritten Arm benutzt. Den Artikel finde ich nicht, aber dieser Text ist ähnlich: https://www.theverge.com/2018/6/6/17433516/ctrl-labs-brain-c...
Ich habe einmal eine Doku über einen haptischen Kompass gesehen, der aus ein paar Vibrationsmodulen gebaut war. Er verbesserte die Orientierung, und wenn ich mich richtig erinnere, hatten sich die Leute nach etwa einer Woche an diesen zusätzlichen Sinn gewöhnt
Die ursprüngliche Forschung lag, glaube ich, irgendwo in den 1990ern, aber ich finde sie nicht leicht wieder; mehrere Hacker und Künstler haben die Idee über die Jahre nachgebaut oder wiederentdeckt. Zum Beispiel https://blinry.org/compass-belt/
Vibration passte überhaupt nicht. Egal, wie ich die Intensität einstellte, es fühlte sich einfach wie ein Summen an und wurde nicht in den Körper integriert. Stattdessen nutzte ich einen Trick, bei dem die Annäherung an Norden als eine Art gerichtete „Tick“-Linie dargestellt wurde, und das fühlte sich fast sofort vertraut an. Das Projekt habe ich nie fertiggestellt, aber ich mag die Idee wirklich sehr
https://youtu.be/7UaAwTuahWo?si=YFBq1trurHq0P7i-
Das erinnert mich daran, wie VR-Furries die Barrierefreiheitstechnologie für Computer vorantreiben: https://x.com/Neon_woof/status/1746993539160920144
Ich kann mir genau vorstellen, wie es sich anfühlen würde, wenn dieser Daumen in mein Nervensystem integriert wäre. Ich frage mich, wie verbreitet das ist
Schon seit sehr früher Kindheit war ich fasziniert von den Empfindungen der einzelnen Körperteile. Wenn man die Finger einzeln berührt, wie sie sich voneinander unterscheiden und ob die andere Hand ein ähnliches Spektrum an Empfindungen hat, fand ich spannend. Ich glaube, ich wüsste genau, wie es sich anfühlen würde, wenn ein sechster oder siebter Finger hinter den bestehenden Fingern anschlösse. Wenn jetzt ein zweiter rechter Arm unter meinem rechten Arm angebracht wäre, würde er sich „rechts“ und zugleich „unten“ anfühlen, und ich könnte ihn wahrscheinlich sofort benutzen. Aber ich habe keine Möglichkeit zu überprüfen, ob das nur eine seit Langem bestehende Kindheitsvorstellung ist
Wegen der Diskrepanz zur Realität, in der es sich etwa so anfühlt, als hätte man keinen Schwanz, wird es leicht, sich Körperteile vorzustellen, die von der Realität abweichen, wenn man sich über viele Jahre hinweg so vorgestellt hat
Dort steht: „Der Third Thumb wird an der Handfläche gegenüber dem biologischen Daumen getragen und über Drucksensoren gesteuert, die unter den jeweiligen großen Zehen oder unter den Füßen platziert sind“
Ich bin kein Arzt, aber ich frage mich, wie es sich anfühlen würde, ihn stattdessen mit dem Musculus palmaris longus zu steuern. Soweit ich es verstehe, hat er keine besonders wichtige Funktion, 14 % der Menschen haben ihn überhaupt nicht, und er liegt nahe an der Haut, sodass man das Signal per Elektromyografie (EMG) erfassen kann. Er ist auch näher an den Fingern, daher könnte es intuitiver sein, ihn für einen anderen Zweck neu zu erlernen
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Palmaris_longus_muscle
Wenn man bedenkt, dass Menschen generell sehr geschickt im Umgang mit Werkzeugen sind, wirkt das nicht wie eine besonders ungewöhnliche Entdeckung. Einen Gegenstand aufzuheben und ihn wie einen Teil des eigenen Körpers zu benutzen, ist für uns ziemlich normal.
Ich erinnere mich zwar, dass Autofahren zu lernen tatsächlich ziemlich schwierig war, aber heute fühlt sich selbst ein Mietwagen fast wie eine Erweiterung des Körpers an, die man nahezu unbewusst steuern kann. Natürlich ist es nicht empfehlenswert, ein Fahrzeug in völlig unbewusstem Zustand zu fahren.