Wenn jemand eine beschädigte Niere hat, kann ihm ein Spender ein Ersatzorgan geben, damit beide Menschen leben können. Was wäre, wenn Sie etwas Ähnliches für einen Freund mit einem ausgefallenen Gehirn tun könnten?
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In jüngsten Laborexperimenten haben Miguel Nicolelis und seine Kollegen die Gehirne mehrerer Affen und Ratten zu „Brainets“ verschmolzen - Netzwerken, die in der Lage sind, einen virtuellen Arm kooperativ zu manipulieren und Berechnungen und Entscheidungen zu treffen. Nicolelis hofft, dass die Verknüpfung des menschlichen Gehirns auf diese Weise eine leistungsstarke neue Reihe von neurologischen Instrumenten freisetzen kann, die dazu beitragen können, Menschen mit Erkrankungen von Parkinson bis hin zu Lähmungen zu heilen.
„Wir versuchen ein völlig neues Gebiet der Gehirnrehabilitation“, erklärt Nicolelis, Direktor des Center for Neuroengineering der Duke University. "Wir werden versuchen, auf die Schaltkreise des Gehirns einzuwirken und die funktionelle Aktivität des Gehirns zu verbessern."
„Wir neigen dazu zu vergessen, dass das Gehirn eines der leistungsstärksten Geräte ist, die jemals entwickelt wurden“, fügt Andrea Stocco von der University of Washington hinzu, die nicht an der Forschung beteiligt war. „Für die Dinge, für die es entwickelt wurde, zum Beispiel eine Szene, die wir zum ersten Mal sehen, zu verstehen oder komplexe Bewegungen unserer Gliedmaßen zu steuern, ist es einfach unschlagbar. Jetzt zeigt Nicolelis, dass wir die Rechenleistung, die das Gehirn hat, kombinieren können, um möglicherweise die Arten von schlecht definierten Problemen zu lösen, die für unsere Software sehr schwierig, für unsere biologische Hardware, unsere Neuronen, aber einfach zu lösen sind. “
Gehirn-Maschine-Schnittstellen gibt es seit ungefähr zwei Jahrzehnten, und die Technologie findet Verwendung in einer Vielzahl von medizinischen Behandlungen. Beispielsweise verwenden einige Geräte die elektrische Leistung des Gehirns, die von einem Computer übersetzt wird, um es Menschen zu ermöglichen, Prothesen zu steuern oder einen Rollstuhl zu manipulieren. Bisherige Arbeiten betrafen jedoch nur einen einzigen Bediener. Nicolelis hoffte zu erfahren, ob mehr als ein Subjekt als gemeinsame Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine zusammenarbeiten könnte, um die neuronale Aktivität zu verbessern.
Sein Team stattete drei Affen mit implantierten Elektroden aus, die die neuronale Aktivität überwachten und aufzeichneten, die dann von einem Computer kombiniert werden konnten. Die Affen waren in getrennten Räumen stationiert, von denen jeder über ein digitales Display verfügte, auf dem der Affe über seine Gehirn-Maschinen-Schnittstelle einen virtuellen Arm zur Belohnung manipulieren konnte. In einigen Tests hatten die Affen die Kontrolle über den Arm, in anderen kontrollierte jeder die Bewegung in eine bestimmte Richtung. Keines der Tiere wusste, dass sie zusammenarbeiteten, um den Arm zu bewegen. Erstaunlicherweise haben sie die Aufgabe nicht nur erfüllt, sondern sich mit der Übung verbessert.
"Es stellt sich anscheinend heraus, dass diese Tiere, wenn sie nur visuelles Feedback haben und eine Belohnung für die Durchführung einer Aktion erhalten, ihr Gehirn tatsächlich synchronisieren können und lernen können, die Anforderungen einer bestimmten Aufgabe zu erfüllen", so Nicolelis, dessen Team dies beschrieb Die Ergebnisse der letzten Woche in Scientific Reports .
„Die Affen, die zusammenarbeiteten, erledigten die Aufgabe langsamer als alle anderen, die einen Joystick bedienen konnten - aber sie lernten genau so schnell“, sagt Stocco. „Das ist erstaunlich und es scheint, dass dieses Problem für das Gehirn so einfach zu interpretieren ist wie jedes Problem der sensorischen motorischen Koordination. Von diesem großartigen Anfang an können Sie sehen, wie Sie komplexere Aufgaben erstellen können, mit denen die Affen besser zusammenarbeiten können als alle anderen. “
In einem separaten Experiment, das ebenfalls in Scientific Reports beschrieben wurde, wurden vier Ratten physisch mit einem Mikrodraht verbunden, um zu untersuchen, wie ihr Gehirn als vernetzte Einheit zusammenarbeitet, um eine Reihe von Problemen anzugehen. Die Ratten erhielten elektrische Informationsimpulse und wurden belohnt, wenn sie ihr Gehirn synchronisierten. Sie erhielten auch Daten wie Temperatur und Luftdruck. Die Ratten haben diese Informationen gespeichert, abgerufen und ausgetauscht, sodass ihr Gehirn bei Analysen wie Wettervorhersagen eine bessere Leistung erbringen kann als eine einzelne drahtlose Ratte.
„Sie haben wirklich viel bewegt, und ich fand es faszinierend“, sagt Stocco, der vor zwei Jahren mit seinem Kollegen Rajesh Rao Geschichte geschrieben hat und die erste Schnittstelle zwischen Menschen und menschlichen Gehirnen geschaffen hat. Rao sendete ein Gehirnsignal über das Internet, das Stocco die Hand bewegte, selbst als er in einem Raum gegenüber dem Campus saß.
Nicolelis schlägt vor, dass Menschen möglicherweise bereits eine natürliche Form der Gehirnfreigabe betreiben, wenn sie gemeinsamem Feedback ausgesetzt werden - ohne zu bemerken, dass dies geschieht. „Das Interessante ist, dass das bei uns wahrscheinlich die ganze Zeit passiert. Wenn wir einen Film in einem Theater sehen, synchronisiert diese Art von Feedback wahrscheinlich das Gehirn des Publikums, so dass wir diese Gruppenreaktionen haben, die gleichzeitig lachen oder weinen ", sagt er.
"Es kann auch erklären, warum Gruppen von Menschen zusammenarbeiten können, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen. Wie zum Beispiel eine Sportmannschaft, bei der wir oft beobachten und sagen, dass eine Mannschaft endlich wie eine Mannschaft und nicht wie ein Haufen Einzelner spielt. Das hat eigentlich niemand." Legen Sie die Hände auf das, was genau die Chemie ist, die eine Fußballmannschaft besser spielen lässt. Vielleicht haben wir den Mechanismus gefunden - die Synchronisation der Gehirnaktivität. “
Sein Team arbeitet derzeit an Versuchen, die Affenstudie auf nicht-invasive klinische Praktiken zu übertragen, um möglicherweise dazu beizutragen, gelähmte Menschen durch Gruppendenken und -handeln zu rehabilitieren.
„Bei meinen querschnittsgelähmten Patienten ist mir zum Beispiel aufgefallen, dass es sehr schwierig war, mit einem Gehirnsignal zu trainieren, weil das Gehirn buchstäblich vergessen kann, dass Sie Beine haben“, erklärt er. „Ein Teil dieser neurologischen Reha besteht darin, ein anderes Gehirn zu verwenden, um das Konzept wieder in das Gehirn der Patienten einzuführen. Wir könnten möglicherweise einen Physiotherapeuten oder sogar die Angehörigen des Patienten während der Trainingsphase bitten, ihre Gehirnaktivitäten mit den Gehirnaktivitäten des Patienten zu kombinieren. “
