Affen-Cyborgs kontrollieren Roboterarm

20. Oktober 2003, 18:33
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Die Adaptionsfähigkeit des Gehirns ist größer als angenommen, schließen Wissenschafter

Durham - Wissenschaftler des Duke University Medical Center haben Rhesusaffen beigebracht, die Bewegungen eines Roboterarms in Echtzeit zu kontrollieren. Ausreichend dafür waren die Signale von den Gehirnen der Tiere und visuelle Rückmeldungen von einem Bildschirm. Laut dem Team um Miguel Nicolelis konnten die Affen den Arm so bedienen als handelte es sich dabei um ihren eignen.

Diese Ergebnisse stellten einen wichtigen Schritt für die Behandlung von gelähmten Patienten dar. Sie sollen in Zukunft mit Hilfe derartiger Verfahren in der Lage sein künstliche Gliedmaßen zu kontrollieren. Zusätzlich werden durch das Wissen um jene biologischen Faktoren, die die Adaptionsfähigkeit des Gehirns kontrollieren, entscheidende Fortschritte in der Rehabilitation bei Gehirn- und Rückenmarkschäden erwartet.

Kontrolle ohne Muskelbewegung

Entscheidend war, dass die Affen den künstlichen Arm ohne den Einsatz von Muskelbewegungen kontrollieren konnten. Diese Kontrolle ermöglichte ausstreckende und greifende Bewegungen. Zuerst waren zwei weiblichen Rhesusafffen Mikroelektroden in den Stirnhirn- und den Parietallappen eingepflanzt worden. Ein Tier erhielt 96 Elektroden, das andere 320. In den ersten Experimenten wurden die Gehirnsignale mittels eines eigens entwickelten Computersystems aufgezeichnet und analysiert. Dafür wurde den Affen beigebracht, mittels eines Joystick einen Cursor auf dem Bildschirm in eine bestimmte Position zu bringen und den Joystick mit einer bestimmten Kraft zu halten.

Cursor durch Computerarm ersetzt

In der Folge wurde der Cursor durch einen Computerarm ersetzt. Auch nach der Entfernung des Joystick gelang es den Versuchstieren, den künstlichen Arm weiter zu kontrollieren. Am erstaunlichsten war, laut Nicolelis, dass das Tier nach einigen Tagen begriff, dass es seinen Arm nicht zu bewegen brauchte. "Unsere Analysen der Gehirnsignale zeigten, dass der künstliche Arm wie ein natürlicher ins Gehirn integriert worden war. Wir wussten, dass die untersuchten Neuronen verschiedene Arten von Informationen verschlüsseln konnten. Es war jedoch eine Überraschung, dass ein Tier lernen kann, die Aktivität dieser Neuronen zeitlich abzustimmen."

Nachdem eine Gruppe von Neuronen den Roboter an einen bestimmten Punkt gebracht hatte, lieferten dieselben Zellen jene Kraft, die für das Halten eines Objekts notwendig war. Ebenso erstaunlich war die Fähigkeit der Schaltkreise des Gehirns, sich sofort auf den Wechsel von Joystick auf Gehirnkontrolle und wieder zurück einzustellen. Die Studie wurde in der Public Library of Science veröffentlicht. (pte)

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