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Ratten kommunizieren über Gehirnchips
Rattenpaare können über Gehirnchips kommunizieren und zusammenarbeiten, um eine Aufgabe zu erfüllen. Prüfbericht Forscher in der heutigen Wissenschaftliche Berichte. Die bei einer Ratte aufgezeichnete Gehirnaktivität wurde in ein Muster von elektrischen Impulsen übersetzt, die dann an eine andere Ratte übertragen wurden, die darauf trainiert worden war, einen bestimmten Hebel als Reaktion auf eines von zwei Mustern der elektrischen Stimulation in ihrem Gehirn zu drücken. Die Ratten arbeiteten auch zusammen, sagen die Forscher. Wenn die zweite Ratte den falschen Hebel wählte, würde die erste Ratte im nächsten Versuch ihre Gehirnfunktion und ihr Verhalten ändern, so dass das aufnehmende Nagetier es eher richtig machen würde, behaupten die Wissenschaftler.
Entscheidungen Entscheidungen: Eine Ratte mit einem Implantat zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität wählt als Reaktion auf ein LED-Licht, welchen Hebel sie drücken soll.
Die Recherche wurde geleitet von Platzhalterbild für Miguel Nicolelis , einem Neurowissenschaftler am Duke University Medical Center, der zuvor eine Gehirn-Computer-Schnittstelle beschrieben hat, über die ein Affe einen Laufroboter steuern konnte (siehe Die Macht der Gedanken) und eine andere Einrichtung, bei der ein virtueller Tastsinn in das Gehirn eines Affen eingespeist wurde durch ein elektrisches Stimulations-Array (siehe Prothetik einen Tastsinn geben ). Eine Handvoll Labore hat in den letzten Jahren beeindruckende Fortschritte beim Lesen und Schreiben im Gehirn gemacht, mit dem Ziel, gelähmten Menschen durch gedankengesteuerte Robotik zu helfen, wieder mobil zu werden. Letztes Jahr berichteten zwei Forschungsteams, dass Tetraplegiker Gehirnimplantate verwenden könnten, um Robotergliedmaßen zu kontrollieren (siehe Gehirnchip hilft Tetraplegikern, Roboterarme mit ihren Gedanken zu bewegen und Patient zeigt neue Geschicklichkeit mit einem gedankengesteuerten Roboterarm).
Bei der heutigen Studie, so Nicolelis, ging es jedoch nicht darum, die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie für Patienten zu verbessern, sondern vielmehr neue Grenzen zu erkunden. Wir beobachteten die Entstehung physiologischer Eigenschaften, die wir vorher nicht vorhersagen konnten, sagt er und weist auf die sogenannte Zusammenarbeit zwischen den Gehirnen der beiden Tiere hin.
Im Experiment brachten Nicolelis und sein Team einer Ratte bei, zwischen einem rechten oder linken Hebel zum Drücken zu wählen, je nachdem, welche der beiden LEDs aufleuchtete. Wenn die Ratte den richtigen Hebel drückte, bekam sie einen lohnenden Schluck Wasser. Die Forscher zeichneten die elektrische Aktivität des motorischen Kortex der Ratte auf, der Region des Gehirns, die Bewegungen steuert, und übersetzten die Aktivität beim Drücken des rechten Hebels in viele Impulse und des linken Hebels in weniger Impulse. Diese Impulse wurden dann in einer separaten Kammer an das Implantat im Gehirn einer anderen Ratte gesendet. Diese Ratte war darauf trainiert worden, auf ähnliche Weise auf Pulsmuster zu reagieren – mehr Pulse bedeuteten, den rechten Hebel zu drücken.
Ohne Hinweis von den LEDs in ihrem Käfig war die zweite Ratte in der Lage, in 64 Prozent der Fälle den richtigen Hebel zu wählen, woraufhin beide Ratten eine Wasserbelohnung erhielten (die Ratte, die Informationen sendete, würde also zwei bekommen; die Ratte, die Informationen erhielt). Ratte würde nur einen bekommen). Als die zweite Ratte etwas falsch gemacht habe, habe die erste Ratte es bemerkt, sagt Nicolelis, weil sie keine zweite Belohnung bekommen habe. Im nächsten Versuch würde die erste Ratte also schneller auf den LED-Hinweis reagieren und im Vergleich zum Hintergrundgeräusch des Gehirns eine größere Menge an aufgabenbezogenen Neuronenfeuern erzeugen, was dazu führte, dass die zweite Ratte eher den richtigen Hebel wählte. Das nennt Nicolelis Kollaboration.
Die Forscher demonstrierten auch die Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation mit der Schnurrhaar-Stimulation bei der ersten Ratte. Wie eine Katze verwenden Ratten ihre Schnurrhaare, um zu bestimmen, wie weit eine Öffnung ist, und den Nagetieren kann beigebracht werden, ihren Kopf nach links oder rechts zu drehen, je nachdem, ob ein Loch in ihrem Käfig eng ist. Ähnlich wie beim ersten Experiment wurde die Gehirnaktivität der ersten Ratte in ein bestimmtes Impulsmuster übersetzt, das an die zweite Ratte gesendet wurde, die darauf trainiert wurde, ihren Kopf als Reaktion auf elektrische Impulse nach links und in Abwesenheit von Impulsen nach rechts zu stecken. Bei diesen Tests wählte die zweite Ratte in 62 Prozent der Fälle die richtige Seite.
Mit dem Whisker-Test zeigte das Team, dass die Ratten nicht im selben Gebäude – oder sogar auf demselben Kontinent – sein müssen, um zusammenzuarbeiten. Eine Ratte in Brasilien im Edmond und Lily Safra International Institute of Neuroscience of Natal sendete Gehirnsignale an eine Ratte auf dem Duke-Campus in Durham, North Carolina.
Die binären Entscheidungen, die in den Rattentests getroffen wurden, entsprechen jedoch nicht dem, was Gehirn-Computer-Schnittstellen heutzutage leisten können, schrieb die University of Pittsburgh Andrew Schwartz , einem Pionier im Bereich Patienten-Gehirn-Computer-Schnittstellen, in einer E-Mail an MIT-Technologie-Überprüfung. Es mag wie „mentale Telepathie“ klingen und daher aufregend erscheinen, aber bei genauerer Betrachtung ist es sehr simpel, schrieb er. Als Kommunikationskanal können Sie sich einen eingeschlossenen Patienten vorstellen, der versucht, durch Blinzeln zu kommunizieren, wobei ein Blinzeln Ja bedeutet und kein Blinzeln Nein bedeutet. Diese Art von Informationen könnte übermittelt werden, indem man ein einzelnes Neuron in einer Ratte aufzeichnet und in der Empfängerratte elektrischen Strom summt. Wenn die Ratte das Summen spürt, bedeutet dies ja, kein Summen bedeutet nein.
Nicolelis sieht diese Demonstration jedoch als den Beginn einer neuen Forschungsrichtung, die zu einer neuen Form des Rechnens führen könnte. Er sagt, sein Labor arbeite an Rattenschwärmen, die motorische und sensorische Informationen über Gehirn-Gehirn-Schnittstellen austauschen könnten. Wenn man die Gehirne zusammenbaut, könnte man eine leistungsfähigere Nicht-Turing-Maschine erschaffen, einen organischen Computer, der durch Erfahrung, durch Heuristik berechnet, sagt er. Das könnte eine sehr interessante Architektur sein, die es zu erkunden gilt.