Neurowissenschaft : Von Hirn zu Hirn

Mit viel technischem Aufwand gelingt die Signalübertragung zwischen zwei Ratten. Ein Anfang
Laborratten in einem medizinischen Forschungsinstitut in China © China Photos/Getty Images

»Ich präsentiere Ihnen heute eine Hirn-zu-Hirn-Schnittstelle«, so eröffnet Miguel Nicolelis ein kurzes Video, das seine Universität ins Internet gestellt hat. »Sie haben richtig gehört: eine Hirn-zu-Hirn-Schnittstelle.« Der brasilianische Wissenschaftler ist bekannt für spektakuläre Verknüpfungen zwischen Gehirnen und Maschinen. In seinem Labor an der amerikanischen Duke University entwickelte er zum Beispiel einen Roboterarm, den Affen mit der Kraft ihrer Gedanken steuern können. Zwei Gehirne miteinander zu verkabeln – das klingt allerdings mehr nach einem Science-Fiction-Plot als nach Wissenschaft.

Und doch ist seit letzter Woche Gedankenübertragung per Kabel von einem Kopf zum anderen keine Zukunftsvision mehr, sondern Realität. In Scientific Reports, dem Open-Access-Arm des Fachblatts Nature, beschreiben Nicolelis und Kollegen die Übermittlung von Informationen zwischen zwei Rattenhirnen. Telepathie ist nicht im Spiel. Per Netzwerkkabel hätten sie vielmehr ein zentrales Nervensystem aus zwei Gehirnen geschaffen, berichten die Forscher. Für Nicolelis ist das der erste Schritt zu einem organischen Computer, einem »brain-net«, wie er es nennt.

Eine kühne Vision, wenn man sich ansieht, wozu die gekoppelten Rattenhirne in seinem Labor in der Lage waren. Zunächst trainierten die Neurowissenschaftler ihre Versuchstiere darauf, einen von zwei Wippschaltern zu drücken, sobald ein Licht darüber aufleuchtete. Absolvierten die Tiere, die laut Versuchsprotokoll »leichten Durst hatten«, die Aufgabe korrekt, bekamen sie etwas Wasser zur Belohnung. Nach dem ersten Lerndurchgang implantierten die Forscher den Ratten mit Elektroden gespickte Mikrochips unter die Schädeldecke. Sie teilten die Tiere dabei in zwei Gruppen ein: Codierer (»Sender«) und Decodierer (»Empfänger«).

Die Empfänger mussten lernen, schwache, von den Neuroimplantaten vermittelte elektrische Reize als Signal für den rechten oder den linken Wippschalter in ihrem Käfig zu interpretieren. Bis zu 100 Elektropulse in schneller Folge wiesen dabei zum rechten Schalter, ein einzelner Puls bedeutete links. Anschließend stellten die Forscher eine Kabelverbindung zwischen den Hirnchips je eines Sender- und eines Empfängertiers her, die sie in getrennten Boxen einquartiert hatten.

Das Sendertier bekam nun das Lichtsignal über einem der Schalter gezeigt. Es betätigte ihn. Die Aktivität in seinem motorischen Kortex wurde dabei von 32 Elektroden erfasst und an einen Computer geleitet, der daraus Steuersignale für das Empfängertier errechnete. In dessen Käfig leuchtete hingegen über beiden Schaltern das Licht, sodass dem Tier nur das technisch aufbereitete Neuronenfeuer seines Artverwandten als Entscheidungshilfe zur Verfügung stand. Drückte es daraufhin den richtigen Schalter, bekamen beide Tiere zur Belohnung Wasser.

In sieben von zehn Versuchen drückte der Empfänger die richtige Taste, berichten die Forscher. Nicolelis will sogar beobachtet haben, wie die Sendertiere sich verstärkt auf ihre Aufgabe konzentrierten, nachdem ein Versuch erfolglos verlaufen war und sie kein Wasser bekommen hatten. »Das Sendertier veränderte Hirnfunktionen und Verhalten, sodass das Signal eindeutiger und leichter erkennbar wurde«, sagt der Versuchsleiter. Woher die Ratte gewusst haben soll, dass sie sich in einem Kollaborationsexperiment befand, sagt Nicolelis nicht.

Jörn Rickert vom Bernstein Center der Universität Freiburg, der in seinem Unternehmen Cortec selbst Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen entwickelt, ist von dem Experiment wenig beeindruckt. »Es wurde bereits mehrfach gezeigt, dass man Ratten per Neurostimulation fernsteuern kann«, sagt er. »Sie lernen, auf die unterschiedlichen Reize zu reagieren. Dass das auch mit den modulierten Signalen einer anderen Ratte funktioniert, ist wenig überraschend.«

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