Real-Life Mind Meld? Wissenschaftler Verbinden Tiergehirne

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Wissenschaftler verknüpften tiergehirne zu "brainets", um probleme kooperativ zu lösen. Diese schnittstellen zwischen gehirn und gehirn könnten zu "organischen computern" führen, die aus mehreren miteinander verbundenen tierhirnen bestehen.

Widerstand ist vergeblich - Wissenschaftler sind jetzt den Borg von "Star Trek" einen Schritt näher gekommen, indem sie Gehirne zu "Brainets" verbinden, die Probleme lösen können, wie Teams, neue Experimente mit Affen und Ratten vermuten lassen.

Die Forscher sagen, diese sogenannten Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen könnten zu "organischen Computern" führen, die aus mehreren miteinander verbundenen Tierhirnen bestehen.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt entwickeln Gehirn-Maschine-Schnittstellen, über die Menschen und Labortiere Roboterarme und Exoskelette nur mit ihrem Verstand steuern können. Diese arbeiten, indem sie Gehirnsignale in Computersignale umwandeln und umgekehrt. [10 Dinge, die Sie über das Gehirn nicht wussten]

Vor kurzem entwickelten der Neurobiologe Miguel Nicolelis vom Duke University Medical Center und seine Kollegen die ersten Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen, Arrays aus mikroskopischen Drähten, die in das Gehirn von Ratten implantiert wurden und die interkontinentale Echtzeitübertragung von Daten zwischen Nagelpaaren ermöglichten. Eine Gruppe von Ratten lernte, bewegungs- oder berührungsbasierte Probleme zu lösen, und ihre Gehirnaktivität wurde als Muster elektrischer Stimulation aufgezeichnet, die in das Gehirn einer anderen Gruppe von Ratten übertragen wurden, was den Empfängertieren half, diese Probleme schneller zu lösen.

Nicolelis und seine Kollegen haben nun Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen verwendet, um sogenannte Gehirnnetzwerke oder Brainets zu schaffen, die zusammenarbeiten können, um einfache Aufgaben zu erledigen.

In einer Reihe von Experimenten verknüpften die Wissenschaftler Rhesusaffen mit entweder zwei Gehirnhälften, einem B2 oder drei Gehirnhälften, einem B3. Die Primaten saßen alle in getrennten Räumen und teilten die Gehirnaktivität in Bezug auf ihre Sinne und Bewegungen.

Die Forscher ließen die Affen dann die Bewegungen eines realistischen virtuellen Affenarms auf einem Videodisplay steuern. Wie viel Kontrolle jeder Primas über den Arm hatte, hing vom Experiment ab. In einem Experiment könnten zum Beispiel die Affen in einem B2 jeweils nur eine von zwei Dimensionen der Armbewegung steuern (beispielsweise nach oben und unten oder nach links und rechts), während in einem anderen die Affen in einem B3 jeweils zwei steuern könnten von drei Bewegungsdimensionen (z. B. hin und her).

Wenn die Affen den Arm erfolgreich zum Berühren eines sich bewegenden Ziels führten, erhielten sie eine kleine Belohnung Saft. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Affen bei langem Training zunehmend ihr Verhalten koordinierten und ihre Gehirnaktivität synchronisierten, was zu einer verbesserten Leistung führte.

Affen in separaten Räumen standen einem Computermonitor gegenüber, der einen virtuellen Arm zeigte. Die Forscher fanden heraus, dass die Tiere ihre Gehirnaktivität synchronisierten und dabei zusammenarbeiteten

Affen in separaten Räumen standen einem Computermonitor gegenüber, der einen virtuellen Arm zeigte. Die Forscher fanden heraus, dass die Tiere ihre Gehirnaktivität synchronisierten und in diesen "Brainets" zusammenarbeiteten, um einfache Aufgaben zu erledigen.

Bildnachweis: Zeichnungen von Miguel A.L. Nicolelis

In einer weiteren Versuchsreihe verbanden die Forscher drei oder vier erwachsene Ratten zu einem Gehirn, um grundlegende Rechenprobleme zu lösen. Die Wissenschaftler implantierten zunächst Arrays aus mikroskopischen Drähten in den primären somatosensorischen Kortex der Ratten, wobei die Hirnregion mit dem Tastsinn verbunden war. Als nächstes zeigten sie, dass sie diesen Teil des Gehirns leicht elektrisch stimulieren könnten, was das, was Nicolelis sagte, wahrscheinlich zu einem taktilen Gefühl machte. [5 verrückte Technologien, die Biotech revolutionieren]

In einem Experiment erfuhren durstige Ratten, wenn sie diesen Stimulationshinweis erhalten hatten, dass sie Wasser bekommen könnten, wenn sie die elektrische Aktivität ihres Gehirns synchronisierten. Es ist nicht bekannt, was genau die Ratten tun, um ihre Gehirnaktivität zu verändern, sagte Nicolelis.

Im Laufe der Zeit lernten Rattengeister, die einfache Rechenaufgabe der Mustererkennung abzuschließen. Die Ratten erkennen unterschiedliche Muster der Hirnstimulation, synchronisieren ihre Gehirnaktivität, wenn sie eine Art von Stimulus erhalten haben, und desynchronisieren, wenn sie eine andere erhalten, so die Forscher.

Die Studie ergab, dass solche Mustererkennungsfähigkeiten verwendet werden können, um eine erhöhte oder verminderte Regenwahrscheinlichkeit vorherzusagen. Die Ratten erhielten elektrische Stimulationsmuster, die eine Erhöhung oder Verringerung der Lufttemperatur und einen Anstieg oder Abfall des Luftdrucks repräsentierten. Sinkender Luftdruck und steigende Lufttemperatur signalisieren oft Frühlingsgewitter am frühen Abend in North Carolina, wo die Forschung stattgefunden hat. Die Gehirne prognostizierten die Regenwahrscheinlichkeit mit einer Genauigkeit von 41 Prozent, viel höher als die Wahrscheinlichkeit und besser als einzelne Ratten, die diese Daten erhielten.

"Die Ratten konnten die Aufgaben auf Tiere verteilen, so dass ihre individuelle Arbeitsbelastung viel geringer war", sagte Nicolelis. "Das haben wir am Anfang nicht erwartet."

Eine mögliche klinische Anwendung dieser Forschung besteht darin, gelähmte Patienten mit gesunden Freiwilligen zu verbinden, um zu lernen, wie sie sich wieder bewegen können, oder Patienten zu helfen, die Kontrolle von Gliedmaßen oder Exoskeletten zu erlernen, sagte Nicolelis.

"Wir hoffen, dass wir in einigen Monaten Daten zu dieser Forschung vorlegen können", sagte Nicolelis. "Eines Tages könnte dies auch Schlaganfallpatienten, Epilepsiepatienten und Patienten mit anderen neurologischen Erkrankungen helfen. Dies könnte auch nicht-invasiv erfolgen, anstatt Implantate verwenden zu müssen, wie wir es in unseren Experimenten mit Affen und Ratten gemacht haben."

Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse heute (9. Juli) online in zwei Studien in der Fachzeitschrift Scientific Reports beschrieben.

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