Neue Technologie ermöglicht erstmals Dialog zwischen Gehirn und Prothese

23. Februar 2017, 07:00
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Schweizer Forscher entwickeln Methode, mit der künstliche Gliedmaßen Empfindungen ans Gehirn übermitteln

Genf – Wissenschafter der Universität Genf haben eine neue Methode vorgestellt, um die Kommunikation zwischen dem Gehirn und einer Prothese in beiden Richtungen zu ermöglichen: Nicht nur soll das Gehirn die Bewegung kontrollieren, sondern auch Informationen über die Position der Prothese im Raum erhalten.

Prothesen sollen die Funktionalität eines verlorenen Körperteils komplett ersetzen. Heute können beispielsweise Arm- und Handprothesen bereits einfache Bewegungen durchführen, wobei sie oft durch Muskelspannung gesteuert werden. Zukünftige Generationen von Prothesen könnten sich allenfalls direkt vom Gehirn steuern lassen und sollten bestenfalls auch Empfindungen zurück übermitteln.

Neuartige Gehirn-Maschinen-Schnittstelle

Noch ist das Gegenstand der Forschung. Ein Wissenschafterteam um Daniel Huber von der Uni Genf hat jedoch an Versuchsmäusen einen wichtigen technologischen Schritt hin zu den Prothesen der Zukunft getestet: Eine Gehirn-Maschinen-Schnittstelle, die Informationen in beide Richtungen übermittelt.

Bisher entwickelte Schnittstellen erlaubten schon, beispielsweise einen Roboterarm mit einigem Training per Gedanken zu steuern. Allerdings beruhte die Kontrolle der Bewegung darauf, dass der Nutzer den Roboterarm gleichzeitig sehen konnte. Über die Schnittstelle lief nur in eine Richtung Information: Vom Gehirn an die Prothese.

Bewegungskontrolle beruhe aber nicht nur auf visueller Wahrnehmung, sondern auch auf dem Empfinden, wo sich die Gliedmaßen im Raum befinden. "Wir haben uns daher gefragt, ob es möglich wäre, eine bidirektionale Kommunikation in einer Hirn-Maschinen-Schnittstelle zu etablieren", so Huber. Also "gleichzeitig neuronale Aktivität auszulesen, in Bewegung zu übersetzen und sensorische Rückmeldung über diese Bewegung wieder ins Hirn einzuspeisen."

Blaues Licht zur Nervenstimulierung

Die Wissenschafter maßen bei den Mäusen mit bildgebenden Verfahren die Aktivität von Neuronen. Wenn eine spezifische Nervenzelle für die Bewegung einer Prothese aktiv war, stimulierten die Wissenschafter gleichzeitig und gleich stark eine andere Nervenzelle im sensorischen Cortex des Gehirns. Dabei nutzten sie nicht, wie zumeist üblich, Elektroden, sondern blaues Licht, auf das sie die Nervenzellen künstlich empfindlich gemacht hatten.

Die Mäuse lernten im Versuch erstaunlich schnell, die Bewegung und die sensorische Rückmeldung in Verbindung zu bringen, berichteten die Forscher jetzt im Fachblatt "Neuron". Sie wollen dieses System nun verfeinern und weiterentwickeln, beispielsweise um zu testen, ob es auch für mehrere Bewegungen gleichzeitig funktionieren würde, schrieb die Uni Genf. Damit hoffen sie, die Grundlagen für eine neue Generation präziser, bidirektionaler Hirn-Maschinen-Schnittstellen zu schaffen. (APA, red, 23.2.2017)

  • Im Experiment mit Mäusen funktionierte das neuartige bidirektionale Prothesensystem bereits.
    foto: daniel huber, unige

    Im Experiment mit Mäusen funktionierte das neuartige bidirektionale Prothesensystem bereits.

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