Gehirn-Maschine-Interfaces waren früher Science-Fiction. Aber die Technologie, die die direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn eines Menschen oder Tieres und einem externen Gerät oder einem anderen Gehirn ermöglicht, hat in den letzten zehn Jahren einen langen Weg zurückgelegt.
Wissenschaftler haben Schnittstellen entwickelt, die es gelähmten Menschen ermöglichen, Buchstaben auf einem Bildschirm einzugeben, die Hand eines anderen mit seinen Gedanken zu bewegen und es sogar zwei Ratten zu ermöglichen, Gedanken zu tauschen - in diesem Fall das Wissen, wie ein bestimmtes Problem gelöst werden kann Aufgabe - wenn sie sich in Labors befinden, die Tausende von Meilen voneinander entfernt sind.
Nun hat ein Team unter der Leitung von Miguel Nicolelis von der Duke University (der Wissenschaftler hinter dem Gedankenhandelsschema für Ratten, neben anderen Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine) eine neue Konfiguration erstellt, mit der Affen zwei virtuelle Arme steuern können, indem sie einfach überlegen, ihre realen Arme zu bewegen . Sie hoffen, dass die Technologie, die in einem heute in Science Translational Medicine veröffentlichten Artikel enthüllt wurde, eines Tages zu ähnlichen Schnittstellen führen könnte, die es gelähmten Menschen ermöglichen, Roboterarme und -beine zu bewegen.
Zuvor hatten Nicolelis 'Team und andere Benutzeroberflächen erstellt, über die Affen und Menschen einen einzigen Arm bewegen konnten auf ähnliche Weise, aber dies ist die erste Technologie, mit der ein Tier mehrere Gliedmaßen gleichzeitig bewegen kann. "Bimanuelle Bewegungen in unseren täglichen Aktivitäten - vom Tippen auf einer Tastatur bis zum Öffnen einer Dose - sind von entscheidender Bedeutung", sagte Nicolelis in einer Presseerklärung. "Zukünftige Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine, die die Mobilität des Menschen wiederherstellen sollen, müssen mehrere Gliedmaßen umfassen, um stark gelähmten Patienten zu helfen."
Wie die bisherigen Schnittstellen der Gruppe stützt sich die neue Technologie auf ultradünne Elektroden, die chirurgisch in die Gehirnrinde des Affenhirns eingebettet sind, einer Region des Gehirns, in der unter anderem freiwillige Bewegungen gesteuert werden. Im Gegensatz zu vielen anderen Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine, die Elektroden verwenden, die die Gehirnaktivität in nur einer Handvoll Neuronen überwachen, verzeichnete Nicolelis 'Team die Aktivität in fast 500 Gehirnzellen, die auf eine Reihe von Kortexbereichen in den beiden Rhesusaffen verteilt waren, für die Testpersonen waren diese Studie.
Im Laufe einiger Wochen stellten sie die Affen dann wiederholt vor einen Monitor, wo sie ein Paar virtueller Arme aus der Perspektive der ersten Person sahen. Zunächst steuerten sie jeden Arm mit einem Joystick und erledigten eine Aufgabe, bei der sie die Arme bewegen mussten, um sich bewegende Formen zu verdecken und eine Belohnung (einen Saftgeschmack) zu erhalten.
Dabei zeichneten die Elektroden die Gehirnaktivität der Affen auf, die mit den verschiedenen Armbewegungen korrelierten, und analysierten sie mithilfe von Algorithmen, um festzustellen, welche bestimmten Muster der Neuronenaktivierung mit welchen Arten von Armbewegungen verknüpft waren - links oder rechts, vorwärts oder rückwärts .
Sobald der Algorithmus die beabsichtigte Armbewegung des Affen basierend auf den Gehirnmustern genau vorhersagen konnte, wurde die Konfiguration so geändert, dass die Joysticks die virtuellen Arme nicht mehr kontrollierten - die Gedanken der Affen, wie sie von den Elektroden aufgezeichnet wurden, hatten stattdessen die Kontrolle. Aus der Sicht der Affen hatte sich nichts geändert, da die Joysticks immer noch vor ihnen ausgestreckt waren und die Steuerung auf Gehirnmustern beruhte (insbesondere der Vorstellung, dass sich ihre eigenen Arme bewegten), die sie ohnehin produzierten.
Innerhalb von zwei Wochen stellten die beiden Affen jedoch fest, dass sie ihre Hände nicht wirklich bewegen und die Joysticks manipulieren mussten, um die virtuellen Arme zu bewegen - sie mussten nur darüber nachdenken. Mit der Zeit konnten sie die virtuellen Arme über diese Schnittstelle zwischen Maschine und Gehirn immer besser steuern und dies schließlich genauso effektiv tun, wie sie die Joysticks bewegt hatten.
Zukünftige Fortschritte in dieser Art von Benutzeroberfläche könnten für Menschen von enormem Wert sein, die aufgrund von Lähmungen oder anderen Ursachen die Kontrolle über ihre eigenen Gliedmaßen verloren haben. Während sich die bionischen High-Tech-Gliedmaßen weiterentwickeln, könnten diese Arten von Schnittstellen möglicherweise die Art sein, wie sie täglich verwendet werden. Eine Person mit einer Rückenmarksverletzung könnte beispielsweise lernen, sich das Bewegen zweier Arme so vorzustellen, dass ein Algorithmus seine Gehirnmuster interpretiert, um zwei Roboterarme auf die gewünschte Weise zu bewegen.
Aber eines Tages könnten auch Gehirn-Maschine-Schnittstellen eine viel breitere Bevölkerung bedienen: Nutzer von Smartphones, Computern und anderer Verbrauchertechnologie. Unternehmen haben bereits Headsets entwickelt, die Ihre Gehirnströme überwachen, sodass Sie einen Charakter in einem Videospiel bewegen können, indem Sie nur darüber nachdenken und im Wesentlichen Ihr Gehirn als Joystick verwenden. Irgendwann stellen sich einige Ingenieure vor, dass wir mithilfe von Gehirn-Maschine-Schnittstellen Tablets manipulieren und tragbare Technologien wie Google Glass steuern können, ohne ein Wort zu sagen oder einen Bildschirm zu berühren.
