Affen-Avatar

06. November 2013 23:29; Akt: 06.11.2013 23:29 Print

Affen steuern virtuelle Arme mit Gedanken

Neue Hoffnung für gelähmte Menschen: Rhesusaffen haben gelernt, einzig mit Gedankenkraft beide Arme eines virtuellen Gegenübers auf dem Computerbildschirm zu steuern.

Blick von aussen auf den Affen-Avatar. Die Rhesusaffen sahen im Experiment Arme und Objekte aus der Perspektive des Avatars. (Video: Duke Center for Neuroengineering)
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«Ich denke, also beweg dich» - nach diesem Prinzip haben Rhesusaffen es nach einem Training geschafft, mit der Kraft ihrer Gedanken beide Arme eines Avatars zu steuern. Sie nutzen eine sogenannte Hirn-Maschine-Schnittstelle, welche die Signale ihrer Nervenzellen in Bewegungen des Affen-Avatars am Computerbildschirm übersetzt.

Eines Tages könnten gelähmte Menschen auf ähnliche Art per Gedankenkraft Prothesen steuern, schreiben die US-Forscher, von denen einer auch an der ETH Lausanne (EPFL) arbeitet, im Fachblatt «Science Translational Medicine». Die Anwendungsmöglichkeiten von Hirn-Maschine-Schnittstellen werden seit Jahren von Wissenschaftlern mit einigem Erfolg getestet.

Im vergangenen Jahr etwa stellten Forscher aus Deutschland und den USA eine Frau vor, die damals schon seit 15 Jahren vom Hals abwärts gelähmt war. Die Forscher hatten ihr ein Implantat ins Gehirn eingesetzt, über das sie einen Roboter-Arm zuverlässig steuern und zum Beispiel eine Tasse Kaffee hochheben und trinken konnte.

In ähnlichen Versuchen hatten auch Affen bereits gelernt, Roboter-Arme oder virtuelle Arme am Computer zu bewegen. Bei allen Experimenten ging es aber bisher um die Bewegung eines einzelnen Arms, schreiben nun die Forscher um Peter Ifft von der Duke University in Durham (US-Staat North Carolina).

Erstmals beide Arme gesteuert

Ziel ihrer Versuche war es, Rhesusaffen gleichzeitig zwei Arme eines Avatars steuern zu lassen. Die besondere Schwierigkeit besteht dabei darin, dass im Gehirn beidarmige Bewegungen nicht einfach als die gemeinsame Bewegung zweier einzelner Arme dargestellt werden, schreiben die Wissenschaftler.

Es gibt spezifische Aktivierungsmuster in den Nervenzellen, die eigens bei beidarmigen Bewegungen auftreten. Die Forscher hatten zwei Affen nun eine Elektrode ins Gehirn implantiert, über die sie die Aktivität von bis zu fast 500 Nervenzellen abnehmen konnten. Diese wurde dann mit Hilfe eines Algorithmus in Bewegungen übersetzt.

Um den Algorithmus zu trainieren, liessen die Forscher die Tiere zunächst über einem Joystick die Arme des Avatars steuern. Dann liessen sie die Tiere einfach nur zuschauen, wenn der Avatar am Bildschirm seine Arme bewegte. Im nächsten Schritt fixierten die Forscher dann die Arme der Affen in einem Stuhl vor dem Bildschirm.

Die Affen bewegten daraufhin die Avatar-Arme per Gedankenkraft. Mit der Zeit wurden die Affen darin immer besser. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Affen die Avatar-Bewegungen in ihr internes Körperbild integriert hatten.

(sda)