Nicho Hatsopoulos von der University of Chicago in seinem Roboterlabor für das Experiment. Universität Chicago/ Jean Lachat
Eine neue Studie eines Teams von US-amerikanischen Neurowissenschaftlern zeigt, wie Amputierte Roboteranhängsel kontrollieren können – selbst wenn ihnen seit ihrer Kindheit ein Glied fehlt.
"Das ist der neue Aspekt dieser Studie, da chronische Langzeitamputierte lernen können, ein Roboterglied zu kontrollieren", sagte Nicho Hatsopoulos, PhD, Professor für Organismusbiologie und Anatomie an der UChicago und leitender Autor der Studie. "Aber was auch interessant war, war die Plastizität des Gehirns bei Langzeitexposition und zu sehen, was mit der Konnektivität des Netzwerks passierte, als sie es lerntendas Gerät steuern."
Das Team verwendete drei Rhesusaffen, die vor vier, neun und zehn Jahren gerettet wurden. Die Affen mussten nach schweren Verletzungen amputiert werden; die Amputationen fanden im Zusammenhang mit dieser Studie nicht statt.
Zwei der Affen hatten Elektrodenanordnungen in die der amputierten Extremität gegenüberliegende Seite des Gehirns implantiert. Diese Seite des Gehirns wird verwendet, um die amputierte Extremität zu kontrollieren. Beim letzten Tier wurden Elektroden auf der gleichen Seite wie der amputierten implantiertGlied. Diese Seite ist diejenige, die noch die intakte Gliedmaße kontrolliert.
"Wir haben erfolgreich gezeigt, dass es bei chronisch amputierten Tieren möglich ist, zu lernen, eine kortikalgesteuerte Gehirn-Maschine-Schnittstelle zu verwenden, um eine komplexe, sequentielle Aufgabe auszuführen", sagten die Autoren in der Studie, die Anfang dieser Woche in veröffentlicht wurde.Naturkommunikation.
Das Team machte sich dann an die Aufgabe, Affen zu trainieren, nach einem Ball zu greifen und ihn zu wollen. Der Fang? Sie mussten einen Roboterarm nur mit ihren Gedanken bewegen, um den Ball zurückzuholen. Das Team ordnete Gehirnzellen zu, das Erreichen und Greifen des Balls zu kontrollierenArm, wie die Affen trainiert wurden. Der Affe mit dem Implantat auf der gegenüberliegenden Seite des Gehirns fand zunächst heraus, wie der Arm schneller arbeitete. Aber alle Affen fanden es schließlich heraus.
Was die Forscher wirklich verblüffte, war, dass sich die tatsächliche Zusammensetzung des Gehirns veränderte und sich an die Kontrolle der Gliedmaße anpasste. Die Forscher dokumentierten, dass sich die gleichen Neuronen über 40 Tage veränderten, als sich die Affen mit dem Roboterarm vertrauten.
"Das amputierte Tier hatte sehr wenige Verbindungen [zwischen Neuronen]", sagte Studienautor Karthikeyan Balasubramanian, Forscher der University of Chicago, gegenüber Gizmodo. "Während es lernte, wurde das Netzwerk immer dichter."
Nicht alle waren beeindruckt. In einem Interview mit Gizmodo sagte der biomedizinische Ingenieur Miguel Nicolelis von der Duke University, dass die Forschung "hat keinen wesentlichen neuen Beitrag zum Bereich der Brain-Machine-Interfaces geleistet", in einem Interview mit Gizmodo. Und in den letzten Jahren gab es zum Teil deutliche Sprünge in der Konnektivität zwischen Gehirn und Prothese. Zum Beispiel in2015 hat ein Forschungsteam der University of Houston einen Algorithmus entwickelt, mit dem Benutzer Objekte greifen können, die von seinen Gedanken angetrieben werden. Und auch Affen haben in früheren Studien gezeigt, dass sie dasselbe tun. Das Team bleibt jedoch hoffnungsvoll und möchte einfach auf ihren Vorgängern aufbauen build.
Die nächsten Schritte für das Team umfassen die Kombination ihrer Forschung mit früheren Studien anderer Gruppen auf der ganzen Welt, die ähnlich erfolgreich waren. Letztendlich möchten sie Prothesen mit sensorischem Feedback ausstatten, um möglicherweise einen Anschein von Berührungen an der fehlenden Extremität wiederherzustellen oderein Gefühl dafür, wo sich die Prothese im Raum befindet.
"So können wir beginnen, wirklich reaktionsfähige neuroprothetische Gliedmaßen zu schaffen, wenn die Menschen sie sowohl bewegen als auch natürliche Empfindungen über die Gehirn-Maschine-Schnittstelle bekommen", sagte Hatsopoulos.
Über: Naturkommunikation, Gizmodo