Aktuelles & Projekte

Neue Verbindungen von Mensch und Maschine

Zwischen einem Computer und dem menschlichen Gehirn bestehen nur wenige Gemeinsamkeiten. Das Gehirn ist so komplex und dynamisch, dass wir Menschen noch weit davon entfernt sind, es zu verstehen. In einem EU-Projekt hat ein internationales Team unter Leitung von Professor Jochen Braun vom Institut für Biologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wesentliche Funktionsmerkmale von biologischen Nervenzell-Netzwerken und von künstlichen Netzwerken aus Halbleiterbauelementen erforscht. Bei der direkten elektrischen Kopplung zwischen den biologischen und mikroelektronischen Netzwerken konnte spontan Information übertragen werden. Damit wurde das Prinzip einer neuartigen „sanften“ Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer etabliert.

Hilfe für Parkinson- oder Schlaganfallpatienten

Die Neuroprothetik ist ein noch junger Zweig der Medizin, der erst wenige Jahrzehnte alt ist. Das Ziel ist es, durch Unfälle oder Krankheiten ausgefallene Hirnleistungen mit Hilfe elektronischer Implantate so gut es geht zu kompensieren. Die dabei bereits erzielten Ergebnisse sind nicht nur für medizinische Laien erstaunlich. Mit einem einzigen Knopfdruck lässt sich beispielsweise das unwillkürliche Zittern der Gliedmaßen von Patienten mit einer Parkinson-Erkrankung (Schüttellähmung) unterdrücken. Möglich macht es die sogenannte Tiefe Hirnstimulation (Deep Brain Stimulation). Dazu implantieren Neurochirurgen ein bis zwei dünne Elektroden in zuvor mit MRT-Bildgebungsverfahren lokalisierte, tief unter der Schädeldecke liegende Hirnregionen. Die Elektroden sind mit einem Impulsgeber etwa von der Größe einer Kreditkarte verbunden, der im Bereich der Brust oder im Oberbauch unter die Haut eingepflanzt wird. Die von diesem Gerät abgegebenen elektrischen Impulse lassen sich so einstellen, dass sie die Nervenzellaktivität im Gebiet der implantierten Elektroden derart verändern, dass der Tremor, also das Zittern, nahezu verschwindet. Die Folge: Der Patient kann wieder relativ normal laufen bzw. die Hände kontrolliert bewegen.

Weltweit forschen Wissenschaftler an Neuroprothesen, die viele andere Funktionen des erkrankten oder verletzten Gehirns übernehmen könnten. Dazu zählen beispielsweise intelligente Arm- und Gangprothesen für Patienten, die als Folge einer schweren Erkrankung (z. B. Schlaganfall bzw. Amyotrophe Lateralsklerose) oder eines Unfalls (z. B. Verlust von Gliedmaßen bzw. eine Querschnittslähmung) ihrer motorischen Fähigkeiten beraubt wurden.

Die Neuroprothesen greifen elektrische Spannungsverschiebungen in Teilen des Gehirns ab, die für die Planung und Koordinierung von Bewegungen wichtig sind. Die im Rechner verarbeiteten Daten werden dann auf künstliche Neuroprothesen übertragen, mit deren Hilfe Patienten lernen, ihre Behinderung zu überwinden.

Neuroprothetik für Patienten am Magdeburger Universitätsklinikum

Die Universitätsklinik für Stereotaktische Neurochirurgie in Magdeburg, unter der Leitung von Prof. Dr. Jürgen Voges, zählt zu den vergleichsweise wenigen Einrichtungen an deutschen Universitäten, an denen diese Eingriffe in das menschliche Gehirn möglich sind. Die Forscher dort untersuchen darüber hinaus, ob die Tiefe Hirnstimulation künftig auch zur Therapie neuropsychiatrischer Erkrankungen wie der Alkoholsucht und von Zwangsstörungen geeignet ist.

Auch an der Magdeburger Universitätsklinik für Hals-Nasen-Ohren-Erkrankungen, unter Leitung von Prof. Dr. Christoph Arens, setzen Mediziner bereits Neuroprothetik ein. Die HNO-Ärzte sprechen von sogenannten Cochlea-Implantaten (CI). Diese können teilweise Funktionen des Innenohres übernehmen. Sie wandeln die am Ohr eintreffenden Schallwellen in elektrische Signale um und leiten diese weiter zum auditorischen System des Gehirns. Störungen der Hörsinneszellen im Innenohr lassen sich so technisch korrigieren.

Bislang sind diese Geräte noch unvollkommen. Ihre Nutzung erfordert von den Betroffenen viel Training, wobei in erster Linie die Adaptionsfähigkeit und Plastizität des menschlichen Nervensystems genutzt wird. Neurobiologen, Informatiker, Mathematiker und Physiker arbeiten bereits an Schnittstellen, die besser mit den Nervenzell-Netzwerken im Gehirn interagieren können. Voraussetzung für den Erfolg ist es, die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen.

 

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Autor: Uwe Seidenfaden

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Die Energiewende zwischen Bürgerwillen und Bürgerprotest

Der Plan war gut. Er war umweltfreundlich, zukunftsweisend, ressourcenschonend und nachhaltig. Aber der breitangelegte Aus- und Aufbau von Windrädern in der Region Brandenburg stieß auf erbitterten Widerstand der Bürger. Ein Volksbegehren scheiterte, aber die Initiative „Rettet Brandenburg“ will ihr Ziel weiter verfolgen: Zu den 3.400 Windkraftanlagen im Land sollen keine weiteren hinzukommen. Die dpa-Meldung in der Magdeburger Volksstimme vom 1. September 2016 beschreibt eher nüchtern und sachlich einen emotional sehr aufgeladenen Prozess, an dessen Ende sich eine ganze Region gegen den Ausbau von Windparks organisiert. Die Menschen, auf deren Feldern, in deren Dörfern oder Sichtachsen die Insignien zukunftsweisender Technologien aufgestellt werden sollen, weigern sich, diese zu akzeptieren.

Dabei stehen die Bundesbürger der Energiewende und ihren Zielen im Großen und Ganzen ausgesprochen positiv gegenüber. Repräsentative Umfragen, wie der Energiekompass des Innovationsforums Energiewende 2015, zeigen, dass 67 Prozent der Bevölkerung der Zielsetzung der Energiewende zustimmen. Eine Befragung der Agentur für Erneuerbare Energien 2015 ergab darüber hinaus, dass 68 Prozent der Bevölkerung den Ausbau von Erneuerbaren-Energien-Anlagen am eignen Wohnort eher gut bis sehr gut finden. Nach einem kurzen „Zustimmungseinbruch“ 2014 weist die aktuelle Datenlage auf einen deutlichen Konsens zu Zielen der Energiewende hin, vor allem, was den Klimaschutz und die Verringerung des CO2-Ausstoßes angeht. Aber: Die Umsetzung der Energiewende durch Maßnahmen der Bundesregierung wurde in der Bevölkerung eher negativ bewertet.

Regionale Unterschiede kennen

Energieunternehmen, Kommunen oder Netzbetreiber tun gut daran, zu prüfen, welche Formen der erneuerbaren Energiegewinnung von den Menschen einer Region akzeptiert werden. Aber wie kommt es, dass in manchen Landstrichen die Energiegewinnung aus Photovoltaikanlagen oder Biomasse geschätzt wird, der Aufbau von Windrädern aber auf energischen Widerstand trifft?

Wie tickt eine Region? Welche Wege nehmen Kundinnen und Kunden in Kauf, um Glasflaschen oder gebrauchte Handys zu entsorgen? Was gewinnt langfristig Oberhand, das Flaschenpfand oder das intrinsische Bedürfnis, der Umwelt Gutes zu tun? Kurz: Wie kommen Mensch und Technologie einvernehmlich zusammen, und wie kann die von der großen Mehrheit gewollte Energiewende gelingen?

Portrait_Proffesor Matthies
Portrait Prof. Matthies

Das sind gesellschaftlich, aber vor allem auch wirtschaftspolitisch relevante Fragen, denen sich die Umweltpsychologin Prof. Ellen Matthies und ihr Team der Abteilung Umweltpsychologie an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg widmen. In großangelegten regionalen und überregionalen Studien setzen sie sich mit den Menschen, deren Bedürfnissen und Anschauungen, Perspektiven und Möglichkeiten auseinander, analysieren ihr Nutzerverhalten und definieren die sich daraus ergebenden Chancen und Risiken für klimarelevante Vorhaben. Diese Forschungsergebnisse der noch jungen Disziplin Umweltpsychologie bilden dann – im Idealfall – die Grundlage für umwelt- und energiepolitische Entscheidungen auf kommunaler, Landes- oder Bundesebene. So lieferte das Team um Professorin Matthies 2014 erstmals sozialwissenschaftlich fundierte Erkenntnisse über die Akzeptanzlage von Wind-, Sonnen- und Bioenergie. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden zum Beispiel heraus, dass der Sachsen-Anhalter mit Windrädern relativ einvernehmlich und gut leben kann, sich hingegen mit Photovoltaikanlagen nicht so gut arrangiert wie der Bundesdurchschnitt.

Wenn Technologie auf Psychologie trifft

Die Akzeptanz der Bürger von Windparks und anderen raumgreifenden Infrastrukturen für die Energiewende sei entscheidend für ihr Gelingen, so Ellen Matthies. Mindestens genauso wichtig sei aber der Umgang Millionen bundesdeutscher Haushalte mit dem Thema Energie. Wie reagieren wir, wenn zukunftsweisende Technologien unseren privaten Alltag verändern, liebgewordene Gewohnheiten in Frage stellen oder von uns ein Umdenken im Umgang mit Ressourcen verlangen, kurz: wenn Technologie auf Psychologie trifft?

An dieser Schnittstelle liege ein Potenzial für Reibungsverluste und Konflikte, so die Verhaltensforscherin. „Der Mensch steht ja bei der Neugestaltung der Energieinfrastruktur mitten im Spannungsfeld zwischen gewollten Zielen, den technischen Möglichkeiten und möglichen sozialen Folgen. Eine schnelle Dekarbonisierung zum Beispiel tangiert viele Lebensbereiche, bis hin zu unserem kulturell und sozial stark bestimmten Umgang mit Lebensmitteln.“ Ein wichtiger Aspekt beim nationalen Energiesparen ist für die Wissenschaftlerin auch die Frage der sozialen Gerechtigkeit: Werden Stromkosten extrem verteuert, um den Verbrauch zu senken, werden Haushalte mit schwächerem Einkommen massiv betroffen.

So umschreibt Matthies die Triebfeder ihrer Forschung. Seit 2011 beschäftigen sie und ihr Team sich im Rahmen des vom Bund getragenen Projektes Helmholtz-Allianz ENERGY-TRANS mit den sozialen Aspekten und Folgen der Energiewende in ganz Europa. Sie untersuchen wissenschaftlich, was Bürgerinnen und Bürger davon abhält oder gegebenenfalls auch darin bestärkt, im Großen, aber auch im Kleinen nachhaltig und umweltfreundlich zu agieren, zum Beispiel durch den Kauf eines Elektroautos.

 

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Auf den Spuren krimineller Datenflüsse

Der Betrug bleibt zunächst meist unbemerkt: Der Bankkunde schiebt die EC-Karte in den Schlitz des Geldautomaten, tippt seine PIN ein, nimmt das Geld und die Karte und geht wieder. Was er nicht weiß: Er ist gerade Opfer eines Datendiebstahls geworden. Der Kartenschlitz des Geldautomaten ist manipuliert. „Skimming“ nennt sich die Methode, bei der durch technische Manipulation von Geldautomaten Kartendaten ausgelesen und auf leere Kartenrohlinge – sogenanntes „White-Plastic“ – kopiert werden. Die Täter erbeuten mit einer am Automaten angebrachten Kamera auch die PIN des Karteninhabers. Mit der gefälschten Karte und der Geheimnummer können die Betrüger das Konto ihres Opfers leerräumen.

Das Skimming ist nur eine von zahlreichen neueren Methoden, mit denen Einzeltäter oder auch organisierte Banden Geld erbeuten. Die digitalisierte und automatisierte Welt öffnet abseits des guten alten Banküberfalls neue Türen für Finanzkriminalität. Mit gefälschten Ausweisdokumenten gelangen Kriminelle etwa an Online-Kredite, die sie nie zurückzahlen. Gestohlene Kreditkartendaten werden online zu Geld gemacht. Beim „RAM Scraping“ erbeutet eine Schadsoftware gar Kreditkarten- und andere Zahlungskartendaten, die beim bargeldlosen Bezahlen an der Supermarktkasse oder im Kaufhaus ausgelesen werden. Auch gesprengte Geldautomaten sorgen derzeit vermehrt für Schlagzeilen.

Auf ein wissenschaftliches Gespräch mit Straftätern

„Geld zu entwenden war natürlich schon immer ein Thema“, erklärt der Informatiker Ronny Merkel. „Und mit dem Aufkommen digitaler Systeme tauchen dann mit zeitlicher Verzögerung die entsprechenden Straftaten auf, die diese Systeme angreifen. Meistens, wenn die Technik neu ist und noch nicht ausreichend getestet wurde.“ Der Forscher untersucht in einem interdisziplinären Verbundprojekt gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Darmstadt und Bochum und mit Bundeskriminalbeamten, welche Wege das Geld, die Daten und das Know-how bei diesen meist organisierten Finanzdelikten nehmen. Das Ziel des vom Geldautomatenhersteller Wincor Nixdorf koordinierten Projekts ist es, die polizeiliche Aufklärung zu unterstützen und Präventionsvorschläge zu erarbeiten. Wissenschaft, Ermittlungsbehörden und Industrie arbeiten eng zusammen, um die jeweiligen Expertisen einfließen zu lassen und die Forschung so praxisorientiert wie möglich zu gestalten. Das Magdeburger Teilprojekt, das von Professorin Jana Dittmann geleitet wird, befasst sich mit der Modellierung der Geld-, Daten- und Wissensflüsse und bezieht psychologische Aspekte ein. Um den Herausforderungen des Projekts gerecht zu werden, ließen die Magdeburger Informatiker ihre Welt aus Codes, Programmiersprachen und Modellen zunächst weit hinter sich. In einem ersten Schritt sammelten und bündelten sie das Wissen über Finanzdelikte und gingen dafür zu jenen, die Experten auf diesem Gebiet sind: zu den Ermittlern – und den Tätern.

In Experteninterviews befragten sie zunächst etwa Beamte aus Sonderkommissionen für Geldautomatensprengung sowie Kriminaltechniker und Ermittler des Bundeskriminalamtes BKA. Welche Herausforderungen sehen die Experten? Wie sind ihre Arbeitsabläufe? Wo sehen sie ihre Bedürfnisse noch nicht erfüllt? Mit einem Fragenkatalog verschafften sich die Informatiker einen Überblick über den kriminalistischen Umgang mit Finanzdelikten. Auch Wincor Nixdorf lieferte aus der Sicht der Endanwender wertvolle Informationen für die Forscher.

Um das Bild zu komplettieren, betrachteten die Wissenschaftler auch die andere Seite. Deutschlandweit befragten sie Täter, die in den Justizvollzugsanstalten wegen verschiedenster Delikte Strafen verbüßen müssen. Die zahlreichen bürokratischen Hürden, die für eine solche Befragung überwunden werden müssen, schreckten die Wissenschaftler nicht ab. Gemeinsam mit dem Kriminologischen Dienst und den Justizvollzugsanstalten ermittelten sie anhand der Paragrafen des Strafgesetzbuches, gegen welche die Täter verstoßen hatten, geeignete Interviewpartner. Stimmten diese einer Befragung zu, machten sich die Wissenschaftler auf den Weg in die Gefängnisse. „Die meisten Täter waren bereit für ein Interview“, erklärt Merkel. Allerdings nehme diese Bereitschaft ab, je organisierter die Strukturen sind, in denen sich der Täter bewegt, schränkt der Forscher ein. „Der Fluss von Geld, Daten und Wissen spielt natürlich in ganz verschiedenen Straftaten eine Rolle“, betont Ronny Merkel. Die kontaktierten Täter hatten dementsprechend vielfältige kriminelle Biografien. Auch Täter, die in Drogendelikte verwickelt waren und damit etwa über Kenntnisse zur Geldwäsche verfügten, waren für die Wissenschaftler interessant. Woher erhalten die Täter ihr Wissen? Wie wurden sie angeworben? Was geschieht mit den gestohlenen Daten und dem erbeuteten Geld? Über welche Kanäle gelangen sie an die technischen Mittel für ihre Taten? Mit diesen und ähnlichen Fragen versuchte das Team in über 30 Interviews an möglichst viele Informationen zu gelangen. Auch für das soziale Umfeld und die persönlichen Umstände sowie mögliche Tatmotive interessierten sich die Forscher. „Eigentlich gab es in jedem Interview eine kleine Überraschung“, sagt Merkel rückblickend. „Es sind immer andere Geschichten und andere Schicksale.“
„Unsere Expertise ist, dass wir die Technik und die Psychologie in diesem Projekt miteinander verbinden können“, sagt Ronny Merkel. Denn sein Magdeburger Mitarbeiter ist promovierter Psychologe. Besonders während der Täterinterviews sei dieses psychologische Wissen sehr nützlich gewesen – auch um die erhaltenen Informationen besser einschätzen und einen Blick auf mögliche Beweggründe werfen zu können. Diese sind so unterschiedlich wie die Täter. Während der eine schlicht seinen hohen Lebensstandard finanzieren wolle, habe ein anderer keinen anderen Ausweg aus einer Notlage gesehen. Auch Neugier sei mitunter ein Motiv, erklärt Merkel.

Mit der Intelligenz der Informatik gegen das organisierte Verbrechen


Neben dem Expertenwissen, das Täter und Ermittler zur Verfügung stellten, nutzte das Forscherteam auch all jene frei verfügbaren Quellen – die „Open Source Intelligence“ –, die Wissen über Kriminalität im Finanzbereich, über Methoden der Täter, mögliche Angriffsziele oder Schwachstellen im System liefern. Auch im Darknet – dem anonymisierten Teil des Internets – recherchierten sie, auf welchen Wegen Täter an illegale Werkzeuge wie Skimmer oder Kartenrohlinge gelangen oder auf welchen Plattformen Kreditkartendaten verkauft werden.

Informatik_item Als Darknet wird der versteckte Teil des Internets bezeichnet, in dem die Nutzer anonym surfen. Die genaue Zuordnung zu einer IP-Adresse ist dabei erschwert. Wichtige Daten werden verschlüsselt übertragen. Über herkömmliche Browser und Suchmaschinen ist das Darknet nicht zu erreichen. Ursprünglich wurde das „dunkle Netz“ erfunden, um anonyme Kommunikation zu ermöglichen und damit etwa Whistleblower und Menschenrechtsaktivisten aus autoritären Staaten zu schützen. Das Darknet ist jedoch auch Plattform für Kriminelle, die in Börsen Waffen, Drogen oder gestohlene Kreditkartendaten anbieten und verkaufen.


Im nächsten Schritt kehrten die Wissenschaftler zur Informatik zurück und ließen die gewonnenen Erkenntnisse in ein Modell einfließen. „Unser Modell soll zum einen die Ermittlungen erleichtern und auch zukünftige Trends abschätzen“, erklärt der Forscher. Daraus ließen sich dann entsprechende Präventionsmaßnahmen ableiten. Mit dem neuen Instrument, das kurz vor dem Abschluss steht, können Kriminalbeamte künftig leichter erkennen, wie die einzelnen Komponenten eines Finanzverbrechens miteinander verbunden sind.

Dazu benutzten die Informatiker eine Methode, die sie „Semantische Modellierung“ nennen. „Die Semantik in der Modellierung wurde erstmalig vom Erfinder des World Wide Web, Tim Berners-Lee, aufgegriffen“, sagt Ronny Merkel. Das Besondere an der Methode ist, dass sie Informationen miteinander verknüpfen kann. Damit ist es möglich, nicht nur eine Vielzahl von verschiedenen Informationen in einer Datenbank zu sammeln, sondern auch das Wissen darüber zu speichern, welche Beziehung es zwischen ihnen gibt.

Die grundlegende Datenstruktur ist für die Forscher dabei ein sogenanntes „Triplett“. Zwei Sachverhalte, sogenannte Entitäten, das können etwa ein Täter und ein bestimmter Geldautomat sein, sind über eine Relation miteinander verbunden. In diesem Fall zum Beispiel: Täter A. raubt Geldautomat Nr. 13 aus. Aus zahlreichen Tripletts entstehen komplizierte, netzartige Grafen, in denen kleine Kästchen, die für die verschiedenen Entitäten stehen, am Bildschirm mit farbigen Linien miteinander verbunden sind.

Die dokumentierten Fälle, die die Forscher in ihren Interviews erfragt hatten, konnten sie so nach und nach grafisch abbilden. Zugleich liefert das Modell zusätzliche Informationen, die über die einzelnen Fälle hinausgehen. Klickt ein Ermittler etwa auf das Kästchen mit der Aufschrift „Täter A.“ öffnet sich ein weiteres Fenster auf seinem Bildschirm, in dem sämtliche Informationen über diesen grafisch sichtbar werden. Hat Täter A. bereits andere Geldautomaten ausgeraubt? Mit wem arbeitet er zusammen? Ist er in weitere Delikte verwickelt? Welche Werkzeuge benutzt er für seine Taten? Und noch weiter: Wurden diese Werkzeuge – etwa Skimmer, mit denen die Kartenschlitze von Geldautomaten manipuliert werden – bereits von anderen Tätern benutzt? Gibt es Kontakte zwischen den Tätern, etwa weil sie zurselben Zeit im selben Gefängnis saßen?

Digitale Ermittlungsarbeit

„Im Prinzip macht unser Modell das Gleiche wie ein klassisch arbeitender Ermittler“, sagt Ronny Merkel. Auch dieser sammelt Informationen und versucht, Zusammenhänge herzustellen.

Mit dem erforschten Instrument soll der Ermittler diese Zusammenhänge schneller und präziser finden. Gerade im Bereich der organisierten Kriminalität ist die Suche nach den bestehenden Verbindungen eines kriminellen Netzwerks mühsam und zeitaufwendig. Zusätzlich wollen die Informatiker ihr Modell so trainieren, dass es auch logische Schlüsse ziehen und diese dem Ermittler vorschlagen kann. Wenn etwa Täter A. und Täter B. denselben Geldautomaten zu unterschiedlichen Zeitpunkten angegriffen haben, gibt es möglicherweise eine Verbindung zwischen beiden. Der Demonstrator wird nun an Beispielfällen getestet und steht anschließend für eine weiterführende Erforschung zur Verfügung. „Wir machen natürlich Grundlagenforschung“, betont Ronny Merkel. Bevor das Werkzeug bei den Ermittlungsbehörden zur Anwendung kommt, muss es auf seine Praxistauglichkeit getestet und erweitert werden. „Wenn es praktikabel ist, wird es akzeptiert“, ist Merkel überzeugt. Der Forscher ist optimistisch, dass sich der Ansatz bewähren wird. Der Vorteil liegt schließlich auf der Hand: Anstatt umfangreiche Akten über vergangene Fälle zu wälzen, genügt künftig eine digitale Suche.

 

Autorin: Heike Kampe

 

"Teile dieser Veröffentlichung entstanden aus dem Forschungsvorhaben „Organisierte Finanzdelikte - methodische Analysen von Geld-, Daten- und Know-How-Flüssen (INSPECT)“ mit dem Förderkennzeichen 13N13473, welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird." 

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Frauen-Power in der Wissenschaft

Urte Kägebein strahlt Begeisterung aus. Ihre Augen leuchten allein bei den drei Buchstaben MRT. „In der Magnetresonanztomografie stecken immer wieder Überraschungen“, sagt sie und meint die Bilder aus dem Körperinneren des Menschen. Brilliante Schnittbilder liefern mittels der MR-Methode dreidimensionale Informationen über Form, Struktur und Zustand der untersuchten Körperregionen und Organe. „Man kann auch die Fließgeschwindigkeit der Körperflüssigkeit und die Elastizität des Gewebes messen“, ist Urte Kägebein fasziniert von den technischen Möglichkeiten.

Die junge Frau aus dem altmärkischen Klötze sieht nichts Besonderes darin, dass sie als Frau ein MINT-Fach studiert hat: Elektrotechnik und Informationstechnik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Urte Kägebein gibt zu: Die Neigung zu Mathe und Physik sei ihr vermutlich in die Wiege gelegt worden. Beide Eltern sind Mathe- und Physiklehrer. MINT steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik.

Mädchen haben mitunter bessere Zensuren in diesen Fächern als Jungen. Trotzdem rümpfen sie die Nase bei dem Gedanken, beruflich darauf aufzubauen. Sie erkenne ein unterschiedliches Verhalten beider Geschlechter, sagt die 28-Jährige: „Frauen schätzen die Anforderungen einer Aufgabe kritischer ein, unterschätzen aber oft ihre eigenen Fähigkeiten und nehmen sich dann eher zurück.“ Sie jedenfalls ist auch nach Abschluss ihres Masterstudiums „Medical Systems Engineering“ der Wissenschaft treu geblieben. Für unser Gespräch hatten wir ein Treffen in ihrem Wohlfühl-Arbeitsumfeld in der Experimentellen Fabrik vereinbart. Schon als Studentin und wissenschaftliche Hilfskraft war der Forschungsplatz von Urte Kägebein hier am MRT-Siemens MAGNETOM Skyra 3T. Er hat eine Feldstärke von drei Tesla – und eine große Röhre mit Platz für Untersuchungen, gar für Intervention. Jetzt als Doktorandin kann sie hier noch tiefer in ihr Spezialgebiet eintauchen: MR-geführte minimal-invasive Intervention. Urte Kägebein erforscht ein optisches Tracking-System, das eine intuitive Instrumentenführung und Bildsteuerung im Inneren des MRT durch den menschlichen Körper ermöglichen soll.

Weibliche Vorbildrolle für kommende Generationen 


Ein Ziel des Forschungscampus STIMULATE liegt in dem Aufbau eines integrierten Hightech-Operationsraums auf der Basis von vielseitig verfügbaren MRT-Standardgeräten für eine routinemäßige, bildgestützte minimal-invasive lokale Therapie von Lebertumoren. Mandy Grundmann hat im MRT-Labor minimal-invasive Instrumente wie Katheter und Nadeln für den bildgeführten Eingriff getestet. 

Ihre Kollegin Mandy Grundmann hat sich mit ihrer Forschung im MRT- Labor schon erste wissenschaftliche Sporen verdient. Sie stellte in ihrer Doktorarbeit dar, inwieweit minimal-invasive Instrumente wie Katheter und Nadeln für den bildgeführten Eingriff in ihrer Hardware verbessert werden können, damit sie für den Arzt leicht handhabbar sind und von ihm punktgenau platziert werden.

Urte Kägebein war zu der Zeit wissenschaftliche Hilfskraft und leistete Zuarbeiten für diese Arbeit. Mit Auszeichnung verteidigte Mandy Grundmann ihre Dissertation „Semi-aktive Instrumentenvisualisierung in der interventionellen Magnetresonanztomographie“. Dafür erhielt sie vom Magdeburger Bezirksverein der Deutschen Ingenieure den VDI-Förderpreis 2016. Dass sie in einem ingenieurtechnischen Beruf Karriere machen würde, hätte Mandy Grundmann nicht gedacht, als sie in Leipzig ihr Abitur absolvierte und zunächst mit einem Jura-Studium liebäugelte. „Zum Glück hatte ich bei einer Freundin vorab den Einblick, was da auf mich zu kommt ...“, meint Mandy Grundmann heute noch sichtlich froh, dass sie sich für die Elektrotechnik an der Otto-von Guericke-Universität in Magdeburg entschied. „Man kann sich doch einfach mal in Vorlesungen reinsetzen und möglicherweise feststellen, dass Mathe gar nicht so schlimm ist, wie sich das manche vorstellen“, rät sie allen (Mädchen). Was man nicht kennt, könne man auch nicht realistisch einschätzen, weiß sie aus eigenen Erfahrungen. Die sammelte sie im Vorfeld ihrer Berufswahl bei allem, was die Uni an Kursen und Schnupperangeboten anbot. Inzwischen ist sie es, die vor Schülern und Studierenden ein gutes Beispiel für Frauen-Power in der Ingenieurtechnik abgibt – und vielleicht sogar eine Entscheidungshilfe ist für manch eine Unentschlossene. Auch Urte Kägebein ist eine Botschafterin in dieser Sache. In diesem Sommer betreute sie Schülerinnen und Schüler, die ein MINT-Praktikum an der Uni absolvierten. Zudem leiten die beiden Wissenschaftlerinnen jeweils die Forschungsgruppen „MR-Instrumente“ und „Interventionelle MR-Bildgebung“.

 

Portrait Professor Rose
Prof. Dr.-Ing. Georg Rose (Foto: Stefan Berger)

Prof. Georg Rose ist stolz auf die beiden Fachfrauen und ist überzeugt, dass sie an ihren Aufgaben in der Wissenschaft wachsen werden. Guten Nährboden finden sie an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg allemal. Besagtes Hightech-Labor ist das „Herz“ von STIMULATE – Solution Centre for Image Guided Local Therapies. Der Forschungscampus ist einer von neun in Deutschland. Lediglich zwei forschen auf dem Gebiet der Medizintechnik, einer davon in Magdeburg. Auch Mandy Grundmann und Urte Kägebein profitieren mit ihren Stellen als wissenschaftliche Mitarbeiterin und als Doktorandin von der bis zu 15-jährigen Förderung durch Bund und Land.

 

Medizintechnik2 Warum fehlen Frauen in der Wissenschaft? Weil ihnen die Vorbilder fehlen, wird oft als ein Grund angeführt. Professor Georg Rose, Direktor des Instituts für Medizintechnik an der Otto-von- Guericke-Universität Magdeburg, beobachtet jetzt mit Freude einen Wandel. Er schätzt die Zusammenarbeit mit den engagierten und fachlich exzellen- ten Frauen in seinem Fachgebiet. „Sie treiben die Forschung proaktiv voran und entwickeln die Stärke, eine Vorbildrolle für kommende Generationen zu übernehmen.“

Forschen für eine patientenfreundliche Medizin der Zukunft

Die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg mit ihrem Uniklinikum, der STIMULATE-Verein mit seinen 20 Mitgliedern aus Wirtschaft und außeruniversitärer Forschung und nicht zuletzt die Siemens Healthcare GmbH als dritter Partner im Bunde von STIMULATE stehen im ständigen interdisziplinären Austausch. „Intelligente Katheter – Kathetertechnologien“, kurz INKA, ist ein wichtiges Partnerprojekt für den Forschungscampus. Von INKA werden Operationswerkzeuge und -systeme für minimal-invasive Operationstechniken entwickelt. Georg Rose ist der Sprecher von STIMULATE. Er und seine Mitstreiter haben eine Vision: In Magdeburg soll das „Deutsche Zentrum für bildgestützte Medizin“ aufgebaut werden.

Urte Kägebein zeigt die vom MRT gescannten Bilder einer Leber mit Tumor. Minimalinvasive Instrumente würden hier eine lokale Hitzetherapie möglich machen, sagt die Medizintechnikerin – und freut sich ganz nebenbei, dass in ihrer Berufsbezeichnung die „Medizin“ das Bestimmungswort vor der Technikerin ist. Ein Medizinstudium wäre ihr zweitplatzierter Wunsch gewesen, verrät sie. Somit interessiere sie sich auch für die neuen Therapiemethoden, für die sie die technischen Voraussetzungen schafft. Sie zeigt eine Aufnahme mit der Einstechsonde, die unter MRT-Kontrolle in den Tumor eingeführt wurde. „Eine im Tumor platzierte Antenne schickt Mikrowellen durch das Gewebe. Die Wassermoleküle fangen an zu schwingen, wodurch Hitze entsteht. Wie in einer Mikrowelle verkochen die Tumorzellen von innen“, erklärt die Wissenschaftlerin. Selbstredend müsse die Technik so präzise arbeiten, dass kein gesundes Gewebe zerstört wird. In ihrer Doktorarbeit verfolgt sie eine im wahren Wortsinne richtungsweisende Idee: ein Trackingsystem mit optischen Moiré-Phase-Markern. Die Moiré-Muster verändern ihr Aussehen bei kleinster Drehung und erinnern dabei an die Bilder aus einem Zauberrohr. „Positionen in sechs Freiheitsgraden können von einer Kamera im Inneren der MRT-Röhre erfasst und zur Steuerung der MRT-Bilder genutzt werden. Wenn die Nadel bewegt wird, beispielsweise durch die Atmung des Patienten, geht die Bildebene mit“, sagt Urte Kägebein. Für die junge Wissenschaftlerin ist es wichtig zu wissen, dass ihre Arbeit in der Praxis gebraucht wird. Darum könne sie sich auch vorstellen, später in einer Klinik eng mit Medizinern zusammenzuarbeiten.

Gemeinsame Visionen und Meilensteine auf dem Forschungscampus

 

Medizintechnik2 Die Zusammenarbeit zwischen STIMULATE und den Ärzten am Magdeburger Uniklinikum ist intensiv. So stehen in der Neuroradiologie Geräte, die vergleichbar sind mit denen in der Experimentellen Fabrik. Das erlaubt eine gemeinsame und vergleichende Auswertung der medizinischen Daten.

„Auch die Medizinische Hochschule Hannover ist unser Partner und Mitglied im STIMULATE-Verein. Wir arbeiten mit Geräten vom selben Hersteller, so dass unsere Entwicklungen für die MRT-geführte minimalinvasive Tumorbehandlung schnell in die klinische Routine übertragen werden können“, sagt Georg Rose. Die Internationalisierung der wissenschaftlichen Kooperation benennt Professor Rose als ein Ziel auf dem Weg zum internationalen Referenzzentrum für minimalinvasive Therapien. Jetzt, nach drei Jahren Laufzeit der Forschungsförderung, sind schon einige Meilensteine aufgestellt. Eine erfolgreiche Zusammenarbeit gäbe es beispielsweise mit der University of Wisconsin in Madison bzw. mit der Stanford University in Kalifornien. Das amerikanische Unternehmen MedWaves, Inc. aus San Diego – es stellt Systeme für die mikrowellenbasierte Zerstörung von Tumoren her – plane sogar, mit einer Außenstelle nach Magdeburg zu ziehen, freut sich Georg Rose und nennt in diesem Zusammenhang überzeugende Standortvorteile: „Unser Forschungscampus kann nicht nur bei der Weiterentwicklung der Geräte helfen. Wir haben an der Otto-von-Guericke-Uni exzellente Fachkräfte. Und: Hier wird den Firmen der Nachwuchs geradezu gebacken. 2008 haben wir den internationalen Master-Studiengang Medical Systems Engineering aufgebaut und 2014 wurde der Bachelorstudiengang Medizintechnik eingeführt. Er ist bezüglich der Bewerberzahlen der zweitstärkste Bachelorstudiengang der Ingenieurwissenschaften.“

Vom Transfergedanken geradezu beseelt, arbeitet der Forschungscampus STIMULATE eng mit dem Cluster Medizintechnik in Sachsen-Anhalt zusammen. Das Land entwickelt sich zu einem bedeutenden Standort innerhalb dieser Branche. „Bund und Land stellen Fördermittel bereit, die uns attraktive Forschungsprojekte mit Firmen aus der Region und darüber hinaus ermöglichen“, sagt STIMULATE-Sprecher Rose und malt das Bild von der Forschungskeimzelle, um die herum sich Firmen ansiedeln.


Aufgrund des demografischen Wandels in der Bevölkerung zeigt sich ein steigender Bedarf an neuen medizintechnischen Lösungsansätzen in der Gesundheitsbranche. Insbesondere im Bereich der Volkskrankheiten gewinnen minimal-invasive Verfahren zur Diagnostik und Behandlung von Patienten immer mehr an Bedeutung. Diese Behandlungsmethoden gehen mit einer geringeren körperlichen Belastung für Patienten einher bzw. stellen für schwer kranke Patienten häufig die einzige Therapieoption dar.

In Bezug auf die Verwirklichung dieser Campusidee hat Mandy Grundmann eine neue berufliche Herausforderung angenommen. Gerade baut sie eine „Servicegruppe Transfer“ auf. Deren hauptsächliche Aufgabe ist es, die Forschungsergebnisse von STIMULATE in die Praxis zu transferieren. „Schließlich wollen wir positive wirtschaftliche Effekte generieren“, sagt die Wissenschaftlerin und, dass sie Aus- und Neugründungen wie auch ansiedlungswillige Firmen begleitet und berät. Auch darin hat die junge Frau ihre Kompetenzen. Ein wacher Gründergeist zieht sich durch ihren familiären Background.

Und sie kann von einem ersten Ansiedlungserfolg bei STIMULATE berichten. ACES aus Filderstadt bei Stuttgart, ein ingenieur-technisches Beratungs- und Dienstleistungsunternehmen mit dem Schwerpunkt Medizintechnik, ist nach Magdeburg gezogen. ACES, so die Transfer-Beauftragte, stelle sich gerade neu auf – hin zur medizinischen Bilddatenverarbeitung. Das Unternehmen verspreche sich durch die Nähe zur Uni sowie durch die Kooperation mit STIMULATE einen Zugang zu gut ausgebildeten Fachkräften und einen Innovationsschub, der seine Wettbewerbsfähigkeit stärkt.

„Genau darum geht es. Wir können nur dann erfolgreich sein, wenn wir durch Innovation überzeugen“, sagt STIMULATE-Sprecher Rose. Mit diesem Anspruch agierend, hat der Forschungscampus inzwischen Dimensionen erreicht, die den räumlichen wie auch den inhaltlichen Rahmen der Experimentellen Fabrik sprengen. Mit zwölf Millionen Euro fördert das Land ein neues Domizil, in dem STIMULATE mit seinem Partnerprojekt INKA und mit den Firmen, die sich in diesem inspirierenden Umfeld ansiedeln, weitere Räume finden, in denen sie ihre Visionen verwirklichen können.

 

Medizintechnik2 Apropos Visionen: Georg Rose bringt da den Wissenschaftshafen ins Spiel. In der Tat hat es eine gewisse Symbolkraft, wenn der Schriftzug STIMULATE aus dem historischen Speicherbau einen Leuchtturm macht, der weit hineinstrahlt in die Wirtschaft und Industrie. Die Verbindung zur Praxis ist auch den jungen Wissenschaftlerinnen wichtig. Forschen um des Forschens Willen ist nicht ihr Ding. Anwendungsorientiert müsse all das Streben schon sein, meinen Mandy Grundmann und Urte Kägebein.

 

Autorin: Kathrein Graubaum

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Letzte Änderung: 22.02.2017 - Ansprechpartner:

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