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Durch die Stimulierung der neuronalen Aktivität mit Elektroden stärkten die Forscher die mentalen Fähigkeiten von Rhesusaffen unter dem Einfluss von Kokain. Bild über Wikimedia Commons / JM Garg
Im letzten Jahr haben wir die Erfindung immer ausgefeilterer Gliedmaßen, Ohren und Augen gesehen - Ideen und Erfindungen, die einst so phantasievoll wirkten, dass sie zum Bereich der Science-Fiction gehörten. Jetzt geht ein Team von Wissenschaftlern der Wake Forest University in North Carolina einen Schritt weiter und arbeitet an der Entwicklung einer Prothese für das komplexeste Organ von allen: den Verstand.
Wie aus einem heute im Journal of Neural Engineering veröffentlichten Artikel hervorgeht, haben die Forscher einen Weg gefunden, die neuronale Aktivität von Rhesusaffen zu manipulieren, um sie bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen, wenn ihre kognitiven Fähigkeiten aufgrund der Verabreichung von Kokain beeinträchtigt waren. Die Wissenschaftler sagen, dass ihre Forschung eines Tages zu einer neuen Art der Unterstützung von Menschen führen könnte, die eine verminderte kognitive Fähigkeit zu Krankheiten oder Verletzungen aufweisen.
Um eine Grundlage für die Entscheidungsfähigkeit der Affen zu schaffen, schulten die Forscher sie, eine einfache Abgleichsaufgabe auf einem Computer auszuführen. Als jeder der fünf in der Studie verwendeten Affen auf einen Computerbildschirm blickte, wurde ein einzelnes ClipArt-Bild angezeigt, und dann wurde der Bildschirm für ein oder zwei Minuten dunkel. Danach kehrte das Originalbild zusammen mit ein bis sieben weiteren Bildern zurück.
Gleichzeitig wurde die Position der Arme der Affen auf der Arbeitsplatte vor dem Computer über eine Kamera verfolgt, die UV-Licht erfasste, das von einem speziellen Reflektor auf dem Handrücken der Affen reflektiert wurde. Die von der Kamera erkannte Position ihrer Hände wurde digitalisiert und in den Computer eingegeben. Wenn sie ihre Hände bewegten, bewegte sich ein Cursor auf dem Computerbildschirm, als ob sie eine Maus hielten.
Als die Bilder nach dem leeren Intervall wieder auf den Computerbildschirm kamen und die Affen den Cursor über das Originalbild bewegten, das sie gezeigt hatten, wurden sie mit einem Tropfen Saft über einen Sipper in der Nähe ihres Mundes belohnt. Im Laufe mehrerer Monate bekam jeder Affe den Dreh raus und trainierte, bis er in 40 bis 75 Prozent der Fälle das richtige Bild auswählen konnte, abhängig von der Anzahl der gezeigten Fotos.
Während des Abgleichs beobachteten die Forscher die neuronalen Muster der Affen mit Aufzeichnungszylindern, die in den präfrontalen Kortex der Tiere implantiert worden waren, einem Bereich des Gehirns, der bekanntermaßen bei Entscheidungsaufgaben aktiv ist. Die Wissenschaftler stellten fest, dass in diesem Bereich dieselben neuronalen Aktivitätsmuster zuverlässig auftreten, wenn die Affen die Aufgabe erfolgreich erledigten, und weniger häufig, wenn die Affen das falsche Bild aufgenommen hatten.
Als nächstes wurde es interessant: Während die Affen die Bilder betrachteten und an Saft nippten, injizierten die Forscher verstohlen Kokain. Da das Medikament dafür bekannt ist, die Konzentration und Entscheidungskompetenz zu beeinträchtigen, die für eine korrekte Computeranpassung erforderlich sind, sanken die Erfolgsraten der Affen vorhersehbar, und sie wählten das richtige Bild 13 Prozent seltener als vor der Verabreichung von Kokain .
Als die Forscher die Elektroden verwendeten, die sie zuvor in das Gehirn der Affen implantiert hatten - an den genauen Stellen innerhalb der präfrontalen Hirnrinde, die bei korrekter Übereinstimmung mit dem Bild zuverlässig ausgelöst hatten -, lösten sie diese Neuronen aus und replizierten die Feuermuster waren dramatisch.
"Die Prothese ist wie das Umlegen eines Schalters, um eine Entscheidung in Echtzeit zu treffen", sagte Sam Deadwyler, Professor für Physiologie und Pharmakologie am Wake Forest und einer der Autoren der Studie. Unter dem Einfluss von Kokain wurde die Prothese im Vergleich zur Grundlinie wiederhergestellt und sogar verbessert, wobei die Affen 10 Prozent häufiger als zuvor das richtige Bild auswählten.
"Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie hoffen wir, dass wir in Zukunft eine implantierbare Neuroprothese entwickeln können, mit der sich Menschen von kognitiven Defiziten aufgrund von Hirnverletzungen erholen können", sagte Wake Forest-Professor Robert E. Hampson, der Hauptautor der Studie.
Es ist jedoch denkbar, dass die Versuchung einer Nervenprothese stark genug ist, um eines Tages eine andere Zielgruppe anzusprechen - anstatt derer, die einen Schlaganfall oder eine Verletzung erlitten haben, suchen die Menschen einfach nach einem Wettbewerbsvorteil. Es mag weit hergeholt klingen, aber in einer Zeit der „Neuroenhancing“ -Medikamente und der ständig wachsenden plastischen Chirurgie ist nicht abzusehen, wohin das Konzept der Neuroprothetik führen könnte.
