Affen benutzen ihre Gehirne, um Rollstühle zu fahren

Eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle hat es Affen ermöglicht, einen Roboter-Rollstuhl nur mit ihren Gedanken zu navigieren. Die Schnittstelle ist im Online-Journal beschrieben Wissenschaftliche Berichte.
Wissenschaftler zeichneten Gehirnaktivität auf, als Affen lernten, Rollstühle durch Denken zu lenken.
Bildnachweis: Miguel Nicolelis / Duke Center für Neuroengineering

Schwere Lähmungen infolge einer Rückenmarksverletzung oder von Zuständen wie zerebrale Lähmung oder Schlaganfall können dazu führen, dass manche Menschen nicht einmal blinzeln können. Unglaubliche Fortschritte in der assistiven Technologie haben Menschen, die zuvor durch ihren Zustand behindert waren, ermöglicht, ein volles Leben zu führen.

Der bekannte Wissenschaftler Stephen Hawking ist ein Paradebeispiel dafür. Hawking, der eine motorische Neuronenkrankheit hat, kommuniziert durch Bewegung in seiner Wange. Ein Infrarotschalter, der auf seiner Brille angebracht ist, erkennt die Bewegung und ermöglicht ihm die Verbindung mit seinem Computer. Dies ermöglicht ihm nicht nur zu sprechen, sondern auch an mehreren Aktivitäten teilzunehmen.

Wissenschaftler haben bereits Rollstühle entwickelt, die mit einem nichtinvasiven Gerät wie einem Elektroenzephalogramm (EEG) gesteuert werden können. Das EEG überwacht die Aktivität im Gehirn durch Elektroden an der Kopfhaut, die mit einem Computer verbunden sind.

In dem Bestreben, für diejenigen, die am stärksten betroffen sind, zu sorgen, experimentieren die Forscher seit 2012 mit intrakraniellen Implantaten, in der Hoffnung, dass diese eine bessere Kontrolle bieten könnten.

Mapping Bewegung durch Gehirnaktivität

Die Forscher implantierten zuerst hauchdünne Mikrofilamente in den prämotorischen und somatosensorischen Regionen der Gehirne zweier Rhesus-Makaken-Affen.

Dann trainierten sie die Affen, indem sie passiv durch den Stuhl auf ihr Ziel zustrebten, in diesem Fall eine Schale mit Trauben.

Durch die Aufzeichnung der elektrischen Gehirnaktivität der Primaten konnte das Team ein Computersystem erstellen, das Gehirnsignale in digitale Motorbefehle übersetzen konnte. Dies ermöglichte es, die Bewegungen des Rollstuhls durch Nachdenken zu kontrollieren.

Die Gehirn-Maschine-Schnittstelle verwendet Signale von Hunderten von Neuronen, die gleichzeitig in zwei Regionen des Gehirns aufgezeichnet sind, die an Bewegung und Empfindung beteiligt sind. Während die Tiere darüber nachdenken, sich ihrem Ziel zu nähern, übersetzen Computer ihre Gehirnaktivität in den Echtzeitbetrieb des Rollstuhls.

Mit der Zeit und mit Übung lernten die Affen, den Rollstuhl durch Nachdenken zu kontrollieren, und sie konnten schneller und effizienter zu den Trauben navigieren.

Die Forscher konnten die Gehirnsignale identifizieren, die der Translations- und Rotationsbewegung entsprachen. Sie bemerkten auch von den Hirnsignalen der Affen, dass sie darüber nachdachten, wie weit sie reisen mussten, um zu der Weintraube zu gelangen.

Seniorautor Dr. Miguel Nicolelis, PhD, Co-Direktor des Duke Center for Neuroengineering, sagt:

"Dies war kein Signal, das zu Beginn des Trainings vorhanden war, sondern etwas, das sich als eine Wirkung der Affen bei dieser Aufgabe herausstellte. Das war eine Überraschung. Es zeigt die enorme Flexibilität des Gehirns, ein Gerät zu assimilieren einen Rollstuhl und die räumlichen Beziehungen dieses Geräts zur umgebenden Welt. "

Die Studien maßen die Aktivität von fast 300 Neuronen in jedem Affen.

In früheren Studien hat Nicolelis Labor Aktivität in bis zu 2.000 Neuronen mit der gleichen Technik aufgezeichnet.

Als nächstes hoffen die Forscher, dass sie durch die Erfassung einer zunehmenden Anzahl neuronaler Signale die Genauigkeit und Genauigkeit der Technik verbessern können. Danach hoffen sie, Versuche für ein implantiertes Gerät in Menschen zu suchen.

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