Am meisten im medizinischen Bereich Gehirn-Maschine-Schnittstelle Die Forschung konzentriert sich auf den Versuch, verlorene Sinnesinformationen zu ersetzen, beispielsweise auf die Wiederherstellung des Tastsinns bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen. Eine aktuelle Studie verfolgt jedoch einen anderen Ansatz und verwendet eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle, um bestehende Sinnessysteme zu erweitern und bei Ratten einen „sechsten Sinn“ zu schaffen.
„Dies stellt einen wichtigen Schritt in Richtung ‚Cyber-Physical‘-Systeme dar, die Computer mit dem Lebenden verschmelzen.“ Gehirn“, sagte der leitende Autor Dr. Tim Lucas, Assistenzprofessor für Neurochirurgie an der University of Pennsylvania, gegenüber Digital Trends. Er sagte, die Technologie könne in Zukunft weiterentwickelt werden, um gelähmten Menschen die Sinneserfahrungen wiederherzustellen.
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Die neue Studie von Penn Medicine tut genau das, indem sie winzige Elektroden in die Gehirne von Ratten implantiert und ihnen Informationen in Form von sensorischem Feedback zuführt. Die Forscher begannen mit der chirurgischen Implantation der Elektroden in die Gehirne der Ratten. Dann steckten sie die Tiere in ein Wasserlabyrinth, das innen schwarz gestrichen war und über eine unter dem Wasser verborgene Plattform verfügte, die sie erreichen mussten, um zu entkommen.
Die Ratten konnten die Plattform nicht sehen und erhielten daher keine visuellen Informationen darüber, wie sie durch das Labyrinth navigieren sollten. Aber sie hatten Informationen von der Schnittstelle. Die Elektroden stimulierten ihr Gehirn, um den Ratten mitzuteilen, wo sich die Plattform im Verhältnis zu ihnen befand aktuelle Position, und die Ratten konnten diese Informationen nutzen, um die Plattform sogar in der zu erreichen Dunkelheit.
Die Forscher verwendeten eine Technik namens intrakortikale Mikrostimulation, die viel präziser ist als andere Arten der Hirnstimulation (z. B transkutane Gleichstromstimulation). Diese anderen Methoden aktivieren Tausende oder Millionen von Neuronen und anderen neuronalen Elementen, während die intrakortikale Mikrostimulation nur etwa zehn Elemente aktiviert. Dies bedeutet, dass die Stimulation des Gehirns gezielt erfolgen kann und Forschern die Möglichkeit gibt, eine einzelne, diskrete Wahrnehmung zu erzeugen, anstatt einen ganzen Gehirnbereich zu aktivieren.
Mit dieser präziseren Stimulation könnten die Forscher ganz bestimmte Gehirnbereiche ansprechen, um Informationen zu übermitteln. Es gibt jedoch eine Herausforderung. Es reicht nicht aus, einfach einen Gehirnbereich zu stimulieren und davon auszugehen, dass das Tier diese Informationen verstehen kann. Einer der Durchbrüche, die das Team erzielte, bestand darin, zu zeigen, dass der „Rattenroboter“ die Informationen verarbeiten konnte. Es verarbeitet die von außen erzeugten Signale genauso erfolgreich, als würde es seine natürlichen Signale nutzen Sinne.
Es gab bereits Versuche, mithilfe externer Tools wie einem einen „sechsten Sinn“ für Wegbeschreibungen zu entwickeln Vibrationsgürtel, der sehbehinderten Menschen helfen kann navigieren in ihrer Umgebung. Es gibt jedoch Einschränkungen, wer diese externen Tools verwenden kann – sie können beispielsweise nicht von Menschen mit Lähmungen verwendet werden, die kein sensorisches Feedback erfahren können.
„Eine mögliche Anwendung dieses Gehirn-Computer-Geräts besteht darin, die Sinneswahrnehmung bei Personen wiederherzustellen, die an einer Rückenmarksverletzung gelitten haben“, sagte Lucas. „Ein Patient wie Christopher Reeve kann weder seinen Finger heben noch spüren, wie eine Nadel in seinen Finger gestochen wird. Christopher Reeve hätte kaum Verwendung für einen Vibrationsgürtel.“
Bevor die Forscher die Implantation eines Gehirnstimulationsgeräts in einen Menschen in Betracht ziehen könnten, müssten sie viele weitere Versuche an Tieren durchführen, um sicherzustellen, dass die Technologie sicher ist. Letztendlich glauben sie jedoch, dass sie mithilfe von Gehirn-Computer-Geräten Computer in menschliche Gehirne integrieren können.
Das öffnet die Tür für Anwendungen, die Geräte im Gehirn mit Geräten an anderen Stellen im Körper verbinden. „Unsere langfristige Vision ist es, dieses System mit implantierbaren Sensoren in gelähmten Gliedmaßen zu verbinden, um gelähmten Patienten ein umfassendes Sinneserlebnis zu bieten“, sagte Lucas.
Und diese Forschung ist nicht nur im Hinblick auf die Unterstützung von Menschen mit Behinderungen von Interesse. Es könnte möglicherweise ein völlig neues Feld von Gehirn-Computer-Geräten eröffnen, beispielsweise Bioroboter, die Such- und Rettungsaktionen durchführen können.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht PNAS.
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