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Affe steuert Gliedbewegungen des "Avatars" mit seinem Geist

Im Film BenutzerbildMenschen operieren mit ihren Gedanken die Körper einer hybriden Menschenart namens Na'vi. Jetzt haben Forscher der Harvard Medical School in Boston, Massachusetts, eine ähnliche Technik bei Affen durchgeführt - mit neuralen Geräten, die es einem wachen Affen erlaubten, den Geist eines Menschen zu kontrollieren, der vorübergehend gelähmt war.

Das Forschungsteam, einschließlich Ziv Williams von der Abteilung für Neurochirurgie an der Harvard Medical School, sagt, dass die Ergebnisse beweisen, dass solche Strategien bei der Rehabilitation von Patienten, die gelähmt sind, verwendet werden könnten.

Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationen.

Den Forschern zufolge haben frühere Forschungen gezeigt, dass Neuronen in vielen Teilen des Gehirns in der Lage sind, externe Geräte wie einen Cursor auf einem Computerbildschirm zu steuern. Diese direkte Kommunikation wird als Gehirn-Maschine-Schnittstelle (BMI) bezeichnet.

Die Forscher sagen, dass neuere Studien sogar gezeigt haben, dass die Verwendung von BMIs Roboterroboter potenziell kontrollieren könnte.

In 2012, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, die detailliert darlegte, wie eine gelähmte Frau mit ihren Gedanken eine Roboterprothesenhand kontrollieren konnte.

Aber das Forschungsteam merkt an, dass solche Befunde zwar einen wichtigen Schritt in der motorischen Kontrolle darstellen, ein anderes wichtiges Ziel jedoch war, zu bestimmen, wie ein gelähmtes Individuum die Bewegung seiner eigenen Gliedmaßen kontrollieren kann.

Die Autoren der Studie sagen jedoch, dass es Probleme gibt, dieses Ziel zu erreichen.

"Anders als bei der Kontrolle externer Geräte besteht ein besonderes Problem bei der Steuerung der Gliedmaßenbewegung darin, dass der Ausgang des motorischen Systems - zum Beispiel der Corticospinaltrakt und die damit verbundenen Afferenzen - im Allgemeinen nicht explizit bekannt ist", erklären sie.

"Die genaue Kombination aufeinander folgender agonistischer und antagonistischer Muskelkontraktionen, die natürlicherweise verwendet werden, um Gliedmaßenbewegungen zu verschiedenen Zielen im Raum zu erzeugen, ist schwierig zu ermitteln oder zu reproduzieren."

Aber die Forscher sagen, dass sie darauf abzielten, diese Probleme anzugehen, indem sie sich auf die spezifischen Bewegungsziele selbst konzentrierten, anstatt in die Bewegungsbahn einzugreifen.

Avatarfalle, kontrolliert durch voraufgezeichnete neurale Aktivität

Für die Studie verwendete das Forscherteam zwei Rhesus-Makaken im Alter zwischen 6 und 8 Jahren.

Ein Affe wurde sediert und als "Avatar" verwendet, während der andere als "Master" Affe verwendet wurde. Beide Affen wechselten sich während verschiedener Sitzungen entweder als Avatar oder als Meister ab.


Die neue Studie beschreibt, wie ein "Master" -Affe in der Lage war, die Gliedmaßenbewegungen eines sedierten "Avatar" -Affen unter Verwendung von vorher aufgezeichneter neuraler Aktivität zu kontrollieren.

Die Forscher implantierten einen Chip in das Gehirn des Affen, der die Aktivität von bis zu 100 Neuronen überwachte.

Der Avatar-Affe hatte bis zu 36 Elektroden in sein Rückenmark implantiert. Tests wurden durchgeführt, um zu bestimmen, wie verschiedene Elektrodenkombinationen die Bewegung des Affen beeinflusst haben.

Die physischen Bewegungen des Hauptaffen wurden mit den Mustern der elektrischen Aktivität in den Neuronen gepaart.

Beide Affen wurden dann miteinander verbunden, wobei der Hauptaffe Bewegungssignale an das Rückenmark und die Muskeln des Avatarfängers sandte.

"Der Affe, der als Master fungierte, war verantwortlich für die Kontrolle der Bewegung basierend auf kortikal aufgezeichneten neuralen Aktivitäten, und der andere sedierte Affe fungierte als Avatar und war verantwortlich für die Bewegung basierend auf distalen Rückenmarks- und / oder Muskelstimulationen", erklären die Forscher.

Der Avatar-Affe hielt einen Joystick, während der Master-Affe daran dachte, einen auf einem Bildschirm dargestellten Cursor zu steuern.

"Wenn der [Master] Affe daran dachte, seinen Arm nach oben zu bewegen, würde das Rückenmark [des Avatars] stimuliert werden, um die Bewegung der Gliedmaßen zu dieser gleichen Stelle nach oben auszulösen", erklärte Williams Medizinische Nachrichten heute.

Nach einer Reihe von Experimenten fanden die Forscher heraus, dass der Meisteraffe in 80-90% der Tests die Armbewegung des Avatarfängers genau kontrollieren konnte.

Zu den Ergebnissen kommentiert die Studie:

"Wir demonstrieren, dass sowohl die dekodierten Aktivitäten von prämotorischen Populationen als auch ihre adaptiven Antworten nach kurzem Training dazu verwendet werden können, die Gliedmaße eines Avatars effektiv auf verschiedene Ziele zu lenken, die auf einem Bildschirm variabel angezeigt werden."

Mögliche Behandlung von Lähmungen

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Die Forscher schlussfolgern, dass sie hoffen, dass ihre Ergebnisse zu Ansätzen führen, die eine schnellere Wiederherstellung und Wiederherstellung der Gliedmaßenbewegung bei Patienten mit Lähmungen ermöglichen.

Williams hat erzählt Medizinische Nachrichten heute:

"In Zukunft könnte es möglich sein, einen Mikrochip im Gehirn und einen weiteren Mikrochip im Rückenmark unterhalb der Verletzungsstelle zu implantieren und sie dann mit einem Mini-Computer zu verbinden, um einen funktionellen Bypass von Gehirn zu Wirbelsäule zu schaffen das kann das eigene gelähmte Glied reanimieren. "

Er sagte uns, dass das Forschungsteam plant, einen ähnlichen neuralen Prozess wie in dieser Studie zu entwickeln, der aber "Bewegungen mit viel feinerer Auflösung und im 3D-Raum machen kann".

"Letztendlich hoffen wir, einen Teil dieser Arbeit in die klinische Anwendung zu überführen", fügte er hinzu.

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