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Neuro-Enhancement: Virtuelle Hirnprothese verbessert Affendenkapparat

Denken

Eine Art virtuelle Hirnprothese entwickelten Wissenschaftler der Wake Forest University. Sie simulierten die Kommunikation zwischen Nervenzellen der Großhirnrinde mit einem Computermodell – und verhalfen damit Affen zu besseren Urteilen.

Die Großhirnrinde – Ort aller Denk- und Entscheidungsprozesse – besteht aus sechs Schichten, den so genannten Lamina, die verschiedene Zelltypen beherbergen. Jedes Signal, das den Kortex erreicht, durchläuft auf bestimmte Weise mehrere der Schichten. Diesen Prozess konnten Forscher um Sam Deadwyler teilweise mit Hilfe eines Computerprogramms simulieren.

Das Forscherteam stellte fünf Rhesusaffen (Macaca mulatta) vor eine einfache Gedächtnisaufgabe: Die Tiere sahen eine Zeichnung, die sie wenige Sekunden später in einer Reihe von Testbilden wiederfinden sollten. In sieben von zehn Fällen lösten die Affen die Aufgabe und bekamen zur Belohnung einen Schuss Fruchtsaft. Während dieser Prozedur registrierten die Wissenschaftler mit feinen Elektroden die Feuerrate von Neuronen aus der zweiten, der dritten sowie der fünften Schicht des präfrontalen Kortex. Diese Daten speisten die Wissenschafler in ein mathematisches Modell ein, und bald konnte der Computer aus der Neuronenaktivität in der zweiten und dritten Schicht die Feurerraten der Zellen in der fünften Lamina vorhersagen.

Dies übertrugen die Forscher nun auf die Affen im Test: Mit Hilfe der Elektroden im präfrontalen Kortex fing der Computer eingehende Reize auf, rechnete sie um und gab passende Signale an Zellen in Lamina fünf zurück. Das verbesserte die Entscheidungsfindung der Tiere: Die Affen urteilten schneller und tippten seltener auf ein falsches Bild. Das galt auch dann, als man die Affen unter Medikamenteneinfluss setzte, so dass sie die Aufgabe normalerweise kaum hätten bewältigen können.

Es sei offenbar möglich, die Informationsverarbeitung im Gehirn technisch zu optimieren, so die Forscher. Dies könnte auch für menschliche Patienten sehr hilfreich sein – etwa wenn Teile des Kortex durch eine Demenzerkrankung geschädigt sind.

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