In einem Artikel für die Zeitschrift Scientific Reports berichtet ein Forscherteam, dass die Entwicklung einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle, die es einem Paar Rhesusaffen ermöglicht, in Roboterrollstühlen nur mit ihren Gedanken zu navigieren.
Bevor wir jedoch erfahren, wie die Affen die Rollstühle steuern können, ist es wichtig zu verstehen, was eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle (BMI) ist und wie sie funktioniert. Wir wissen, dass der Geist eine mächtige Sache ist. Wissenschaftler, die Pionierarbeit bei der Entwicklung von BMIs leisten, wollen diese jedoch noch leistungsfähiger machen. BMIs verwenden Elektroden, um Gehirnwellen zu erfassen und sie dann in Signale umzuwandeln, mit denen Robotergeräte und Computer betrieben werden können. Die Idee ist, einer Person die Möglichkeit zu geben, Geräte zu steuern, ohne ihre Hände oder Füße zu benutzen oder sogar einen Muskel zu bewegen. Stattdessen würde der Benutzer eines BMI einfach darüber nachdenken, was er oder sie tun wollte, und der BMI würde die Maschine anleiten, die Aufgabe auszuführen.
Diese Technologie ist vielversprechend für Menschen mit Rückenmarksverletzungen oder neurologischen Erkrankungen, da ein BMI die beschädigten Teile ihres Nervensystems umgehen und einen Roboterarm, ein angetriebenes Exoskelett oder einen Rollstuhl für sie steuern könnte.
Eine Ehe von Affe und Maschine
Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten an BMIs und haben in den letzten Jahren Systeme entwickelt, mit denen Primaten ihre Gehirnaktivität zur Kontrolle künstlicher Gliedmaßen nutzen können. Aber es wäre noch besser, wenn gelähmte Menschen die Technologie auch für die Ganzkörpernavigation nutzen könnten - das heißt, um sich im Raum zu bewegen.
Aber jetzt sieht es so aus, als ob die Ganzkörpernavigation mit einem BMI dank der Experimente der Duke University mit Makaken die Welle der Zukunft sein könnte. Schauen Sie sich dieses Video an, das zeigt, wie das Team unter der Leitung von Dr. Miguel Nicolelis, Professor für Neurowissenschaften an der Duke School of Medicine, die Technologie entwickelt hat:
Für die Wissenschaftler war es nicht einfach, an diesen Punkt zu gelangen. Das Team von Nicolelis begann 2012 mit der chirurgischen Implantation von Hunderten haardünner Mikrofilamente in das Gehirn von zwei Affen. Dann trainierten sie die Tiere, indem sie sie in Rollstühle setzten und den Stuhl schoben, damit sie ein Ziel erreichten - eine Schüssel mit Trauben. Während dieser Phase erfassten die implantierten Elektroden die elektrische Gehirnaktivität der Affen. Die Forscher zeichneten diese Aktivität auf und programmierten dann ein Computersystem, um die Signale in digitale Motorbefehle umzuwandeln, mit denen die Bewegungen eines Roboterrollstuhls gesteuert werden konnten.
Zu diesem Zeitpunkt lernten die Affen, wie man den Rollstuhl kontrolliert, indem sie nur nachdachten. Mit der Zeit wurden sie immer besser darin. Dabei bemerkten die Duke-Forscher etwas Interessantes. Die Gehirnsignale der Primaten zeigten an, dass sie nicht nur die Bewegungen der Räder leiteten, sondern auch den Abstand zur Schüssel voller Trauben betrachteten.
"Dies war kein Signal, das zu Beginn des Trainings vorhanden war, sondern etwas, das sich daraus ergab, dass die Affen diese Aufgabe beherrschten", sagte Dr. Nicolelis in einer Pressemitteilung . "Dies war eine Überraschung. Es zeigt die enorme Flexibilität des Gehirns, ein Gerät, in diesem Fall einen Rollstuhl, und die räumlichen Beziehungen dieses Geräts zur umgebenden Welt zu assimilieren."
Überbrückung der Primatenlücke zum Menschen
Die Studie zeigt auch das Versprechen von Gehirnimplantaten, die die elektrische Aktivität des Gehirns besser erfassen können als an der Kopfhaut befestigte Elektroden. "Wir zeigen deutlich, dass Sie mit intrakraniellen Implantaten einen Rollstuhl besser kontrollieren können als mit nicht-invasiven Geräten", sagte Dr. Nicolelis in der Pressemitteilung.
Alexandra Bennewith, eine Beamtin der United Spinal Association , lobt den Fortschritt. Sie arbeitet für eine in New York ansässige Interessenvertretung, die sich für Innovationen bei Rollstühlen und anderen medizinischen Geräten einsetzt, um behinderten Menschen mit Mobilität zu helfen.
"Dies zeigt, dass eine weiterhin solide öffentliche und private Finanzierung der Forschung von entscheidender Bedeutung ist", sagt sie per E-Mail. "Niemand kann vorhersagen, welche nächste bahnbrechende Intervention entdeckt werden könnte und welche Fortschritte zu einer Verbesserung der Lebensqualität der 5,5 Millionen Menschen mit Lähmungen in den USA führen könnten, einschließlich der 1,3 Millionen Menschen mit Rückenmarksverletzungen."
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Für die Eröffnungsfeier der Weltmeisterschaft 2014 rüsteten Nicolelis und ein Forscherteam den brasilianischen Querschnittsgelähmten Juliano Pinto mit einer mit Sensoren ausgestatteten Kappe aus, mit der er ein angetriebenes Roboter-Exoskelett mit seinen Gehirnwellen steuern konnte . Pinto benutzte den Apparat, um den feierlichen Eröffnungsstoß der Spiele auszuführen, und schaffte es, den Ball ein paar Meter weit zu treiben.
