Gesundheit : Hirnzellen können schnell umdenken

Rhesusaffen bewegen Roboterarme wie zusätzliche Gliedmaßen

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Wie lernfähig das Gehirn von Primaten ist, belegen jetzt Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern am Medizinzentrum der DukeUniversität in Durham (North Carolina): Sie brachten Rhesusaffen dazu, einen Roboterarm mit ihren Nervenzellen gezielt zu steuern – als bewegten sie damit einen zusätzlichen Körperteil. Wie sich dabei nun herausstellte, sind die Hirnzellen nicht auf bestimmte Aufgaben spezialisiert – sie können nacheinander mehrere Jobs abarbeiten. Zudem richten sie sich sehr schnell darauf ein, ob von ihnen die Steuerung einer Elektronik oder wieder „echte Handarbeit“ gefordert wird.

„Nach einigen Tagen merkte der Affe, dass er den eigenen Arm nicht zu bewegen braucht, um die Roboterelektronik zu steuern. Die Muskeln des realen Körperteils blieben völlig ruhig, während die Steuerung in die Arbeit des Hirns integriert wurde, als handele es sich um einen weiteren eigenen Arm“, sagt der Neurobiologe Miguel Nicolelis.

Und noch etwas Erstaunliches lernten die Wissenschaftler: Der Bereich der angezapften Nervenzellen erfüllt nacheinander mehrere Aufgaben. Wenn die Zellen mit dem Bewegungsablauf und dem Greifen fertig sind, können sie zum Beispiel auch die Kraft regulieren, die zum Halten des Gegenstandes angemessen ist.

In einem weiteren Schritt wollten die Forscher die Adaptionsfähigkeit der Hirnareale ausloten. Die Affen wurden von einem Tag auf den anderen von „digital“ auf „Handbetrieb“ umgestellt, von der Hirnsonde zurück zur Bedienung des Joysticks. Auch das klappte problemlos.

Arbeit im „Neuronalen Raum“

Für die Forscher ist das ein Beweis, dass das Hirn in der Lage ist, Gegenstände außerhalb des Körpers gleichsam in seinen „neuronalen Raum“ einzugliedern: „Wir bemerken das jeden Tag beim Gebrauch von Werkzeugen – ob es nun ein Bleistift ist oder ein Auto“, erläutert Nicolelis.

Ähnliche Untersuchungen finden seit einigen Jahren mittlerweile an vielen Universitäten statt. Schließlich können genauere Erkenntnisse über solche Mensch-Maschine-Schnittstellen helfen, körperbehinderten Menschen künstliche Gliedmaßen mit großem Funktionsumfang zur Verfügung zu stellen.

So war es an anderen Universitäten schon früher gelungen, Affen „auf Bildschirmarbeit“ zu trainieren. Alles beginnt damit, dass die Primaten lernen, einen Cursor per Hand und Hebel („Joystick“) im virtuellen Raum einzufangen und auf einem Bildschirm zu bewegen. Dann werden den Tieren Elektroden in ausgewählte Hirnareale implantiert und mit einer Steuerungselektronik gekoppelt.

Funktioniert auch diese Zusammenarbeit auf dem Computermonitor, erreichen die Versuche die nächste Stufe: Nun werden die Nervenzellen elektronisch mit einem Roboterarm in einem Nebenraum verbunden. Was dort geschieht, erfahren die Tiere per Video-Übertragung. Hierbei müssen reale Gegenstände kontrolliert gegriffen und bewegt werden. Auch das hat sich bereits in anderen Labors abgespielt. Meist wird dabei der echte Arm des Tiers fixiert. Wie sich jetzt allerdings herausstellte, ist das gar nicht notwendig.

Auf dem Weg zu Neuroprothesen für Behinderte oder gar Gelähmte ist es freilich noch ein weiter Weg. So halten die Hirnsonden in den Tierversuchen nur etwa zwei Jahre. Deshalb wird an drahtlosen Schnittstellen gearbeitet, die eine dauerhafte Verbindung zwischen den Nervenzellen und den Maschinen außerhalb des Körpers darstellen können. gih

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