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Gedankentransfer: Forscher tüfteln an Übertragung von Hirn zu Hirn

Ratte mit Hirn-Hirn-InterfaceLaden...

Wissenschaftler haben zum ersten Mal sinnvolle Informationen von einem Gehirn direkt in ein anderes übertragen. Wie das Team um Miguel Nicolelis von der Duke University im US-amerikanischen Durham berichtet, könnte dies ein erster Schritt auf dem Weg zu einem echten Hirn-Hirn-Interface sein. Eine solche Schnittstelle dürfte völlig neuartige Formen der Kommunikation ermöglichen, vor allem aber neue Einblicke in die Arbeitsweise unseres Denkorgans liefern.

Konkret spielte sich ihr Versuch folgendermaßen ab: Die Forscher nahmen zwei Ratten, deren Gehirne über die Schnittstelle verbunden waren, und setzten sie in zwei identische Versuchskäfige, in denen jeweils zwei Hebel angebracht waren. Eines der Tiere hatten sie darauf trainiert, denjenigen Hebel zu drücken, über dem ein Licht aufblinkte. Dank der Hirn-Hirn-Schnittstelle setzte sich nun die andere Ratte ebenfalls in Bewegung und drückte prompt auf denselben Schalter im eigenen Käfig. Welchen Schalter sie drücken sollte, wusste sie ausschließlich auf Grund der Information, die sie über das Interface zugespielt bekam.

Dazu mussten die Forscher zwei seit Längerem erprobte Labortechniken kombinieren: die Messung von Hirnsignalen auf der einen Seite und die Stimulation von Nervenzellen auf der anderen. Beides erfolgt über implantierte Elektroden. So konnten sie aus dem Gehirn der "Sender"-Ratte elektrische Nervenzellimpulse ableiten, die sie anschließend mit dem Computer analysierten und in ein Muster umwandelten, mit dem sie das Gehirn der "Empfänger"-Ratte stimulierten.

© Pais-Vieira et al., Scientific Reports
Technische Gedankenübertragung
Das Video zeigt einen typischen Versuchsdurchlauf, bei dem die Ratte im linken Käfig den Hebel drücken muss, über dem ein Licht aufleuchtet. Die Ratte im rechten Käfig tut es ihr gleich – allerdings weiß sie nur auf Grund der Signale ihres Hirnimplantats, welcher Hebel der richtige ist.

Diese bekam also nicht eine Art unmittelbares Abbild der Gehirnaktivität des anderen Tiers zugespielt, sondern ein bereinigtes Signal, das sie zu interpretieren lernte. Genauer gesagt ermittelten Nicolelis und Mitarbeiter zunächst ein Durchschnittsmuster der neuronalen Aktivität und berechneten dann bei den jeweiligen Durchläufen die Abweichung von diesem Ausgangsmuster. Diese Differenz unterzogen sie dann einer weiteren Vereinfachung: Eine intensive Reizung mit vielen Impulsen konnte beispielsweise für den linken Hebel stehen, eine eher schwache für den rechten.

Diesen Zusammenhang musste die Ratte zuvor offline erlernen. Dazu stimulierten die Forscher ihr Gehirn mit den Signalen in ihrer Reinform und belohnten sie, wenn sie den richtigen Hebel drückte. Nach Abschluss dieser Trainingsphase erreichte das Tier eine Trefferquote von etwa 78 Prozent. Wurden die Signale dann auf Basis der Hirnaktivität der anderen Ratte generiert, sank ihr Erfolg auf 70 Prozent, lag damit aber immer noch deutlich über einem reinen Zufallsergebnis.

Eine Erweiterung des Versuchsaufbaus sorgte schließlich für einen interessanten Dreh: Die Wissenschaftler führten eine weitere Belohnung für die "Sender"-Ratte ein, die sie nur erhielt, wenn ihr Partner seine Aufgabe richtig machte. Wie sich zeigte, änderte sie dadurch im Lauf der Zeit ihre Gehirnaktivität, so dass die Signale deutlicher hervortraten. Daher gehen die Wissenschaftler davon aus, dass sie tatsächlich eine Interaktion zwischen den beiden direkt verknüpften Gehirnen beobachteten. Eine ähnliche Anpassung der Hirnaktivität kann man beispielsweise auch bei Probanden beobachten, die lernen, einen Cursor mittels EEG-Signalen zu kontrollieren.

10. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10. KW 2013

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