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Netzwelt Biobots, die Wesen der Zukunft
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20:09 08.06.2018
Zwischen Faszination und leichtem Gruseln: Neue Schnittstellen ermöglichen unmittelbare Einflussnahme von außen auf das Gehirn. Quelle: Shutterstock
Berlin

Eine “ferngesteuerte Küchenschabe”, das war der weltweit erste Biobot, eine Mischung aus Tier und Maschine. Im Jahr 1997 hatte der Ingenieur Isao Shimoyama von der Universität Tokyo das Hybridwesen der Fachwelt vorgestellt. Und selbst die Forscherkollegen schwankten zwischen Faszination und leisem Entsetzen.

Shimoyama war es gelungen, die Nervenbahnen beider Antennen des Insekts mit Elektroden zu verbinden. Über diese Schnittstelle konnte er der Schabe nun mit Stromsignalen Hindernisse vorgaukeln und so ihre Laufrichtung steuern.

Inzwischen kann das jeder machen: So bietet das US-Unternehmen Backyard Brains aus dem US-amerikanischen Ann Arbor für 160 Dollar einen Bausatz namens “RoboRoach” an, mit dem ein technisch begabter Schüler eine Schabe selbst zum Biobot umbauen und dann mit einer Handy-App steuern kann.

Elektrode im Belohnungszentrum

Küchenschaben sind aber bei Weitem nicht die einzigen Lebewesen, deren Gehirn über eine Schnittstelle manipuliert werden kann. Motten, Käfer, Mäuse, Ratten, Dornenhaie, sie alle wurden schon mit einer Fernsteuerung ausgestattet. Und auch an Schnittstellen zum menschlichen Gehirn forschen Wissenschaftler heute verstärkt. Sie könnten Menschen mit Behinderungen dabei helfen, Prothesen, Rollstühle oder Computer zu steuern. Sie könnten sogar dazu genutzt werden, uns ganz neue Sinnesorgane zu schenken.

Sie haben aber auch das Potenzial, unseren Willen zu manipulieren. Ein Beispiel dafür ist die erste ferngesteuerte Ratte von John Shapin von der State University of New York. Das Tier trug Elektroden in jenem Teil der Hirnrinde, der die Sinnessignale von den Barthaaren verarbeitet. Effektiv reizten die Forscher also, wie bei der japanischen Schabe, die Wahrnehmung der Antennen, diesmal aber direkt im Gehirn.

Und sie gingen dabei noch einen Schritt weiter: mit einer zusätzlichen Elektrode im Belohnungszentrum der Ratte. Folgte das Tier brav den Steuersignalen der Forscher, belohnten sie es umgehend über diese Elektrode. Mit beachtlichem Erfolg: nach nur zehn Trainingseinheiten ließ sich der Nager bereitwillig durch einen Hindernisparcours mit Leitern, Röhren und kleinen Toren lenken, eine Dressur im Schnellverfahren.

Hilfe für Parkinson-Patienten

Hirn-Computer-Schnittstellen dieser Art bieten nun auch eine Vorlage dafür, wie man Menschen mit Behinderungen und neurologischen Erkrankungen in Zukunft helfen könnte. Ein Beispiel ist die heute schon weit verbreitete Tiefe Hirnstimulation für Parkinson-Patienten. Dabei hemmt eine Stimulationselektrode Nervenzellen in den sogenannten Basalganglien, einem Netzwerk tief im Gehirn, das Handlungspläne aktiviert oder hemmt.

Das Belohnungszentrum ist Teil dieses Netzwerkes. Bei Parkinson ist ein Teil des Netzwerkes überaktiv. Wird es mit leichten Stromimpulsen gehemmt, können viele Patienten wieder laufen, auch andere Bewegungsstörungen werden reduziert. In Zukunft sollen die Hirnschrittmacher nicht nur die Symptome der Krankheit lindern, sondern die Bewegungsstörungen korrigieren und das Gehirn wieder “normal“ funktionieren lassen.

Darüber hinaus bieten Hirn-Computerschnittstellen Menschen mit Lähmungen heute die Möglichkeit, Prothesen allein mit ihren Gedanken zu steuern. So haben Ärzte von der Johns Hopkins University im amerikanischen Baltimore ein Implantat mit 128 Elektroden entwickelt, mit dem ein Computer die Signale aus einem Teil der Hirnrinde ausliest und so verarbeitet, dass Patienten mit Amputationen damit einen Roboterarm steuern können.

Neil Jacobstein von der Singularity University aus Kalifornien ist überzeugt, dass Hirn-Computer-Schnittstellen in einigen Jahren ganz normal sein werden. Quelle: Singularity University/dpa

Dass man dem Gehirn mit einer solchen Schnittstelle sogar neue Sinneskanäle hinzufügen könnte, zeigt ein Experiment von Miguel Nicolelis und seinem Team von der Duke University in North Carolina (USA). Das Team hat eine Ratte geschaffen, die Infrarotlicht wahrnehmen kann, obwohl es für die Augen von Säugetieren eigentlich unsichtbar ist.

Diesem Tier hatten sie Elektroden in den Teil des Gehirns implantiert, der Berührungssignale aus der Haut verarbeitet. Die Elektroden selbst bekamen ihre Signale von drei Infra­rotsensoren, die die Ratte auf dem Kopf trug. Diese Cyborg-Ratte konnte sich nun in ihrem Käfig an Infrarotlämpchen orientieren und so versteckte Leckerlis finden. Ihr Gehirn hatte offensichtlich gelernt, die neuen Sinnesdaten zu nutzen. Und wenn das Gehirn der Ratte das schafft, dürfte es auch beim Menschen klappen.

“Es ist gar keine Frage, dass wir direkte Hirn-Computer-Schnittstellen eines Tages nutzen werden”, sagt Neil Jacobstein, Leiter der Sektion Robotik und Künstliche Intelligenz an der Singularity University. Das gemeinnützige Unternehmen aus Kalifornien organisiert weltweit Konferenzen, um führenden Persönlichkeiten aus Politik und Wirtschaft die Chancen und Gefahren solcher Technologien näherzubringen. Eine davon fand Anfang dieser Woche in Berlin statt.

Noch weit entfernt von einer Multi-Milliarden-Dollar-Industrie

Jacobstein steht den Chancen, die Hirn-Computer-Schnittstellen bieten, durchaus positiv gegenüber. “Ich würde es begrüßen, wenn wir damit zum Beispiel diese klobigen Keyboards irgendwann loswerden”, sagt er. Erste Ansätze dazu gibt es schon.

So hat eine Gruppe aus Forschern und Ärzten von der Stanford Universität ein pillengroßes Implantat entwickelt, dass einen Teil der Hirnaktivität im sogenannten Motorkortex ausliest, jenem Teil des Gehirns, der Bewegungssignale an die Muskeln schickt. Diese Signale werden dann von einem Computer in Bewegungen eines Mauszeigers umgesetzt. Drei Patienten, die wegen Muskelschwächeerkrankungen nicht mehr sprechen können, tippen mit dem System heute 24 Buchstaben pro Minute. Das ist enorm viel, wenn man sich ansonsten gar nicht verständigen kann.

“Bisher sind die Anwendungen von Hirn-Computer-Schnittstellen beim Menschen auf motorische Behinderungen beschränkt”, sagt Jacobstein. Noch seien sie weit entfernt von den Multi-Milliarden-Dollar-Industrien, die schon heute die Sinneswahrnehmung manipulieren, wie etwa Virtuelle Realität. “Ich schätze, dass es noch mindestens zehn Jahre dauern wird, bis die Technologie auch beim gesunden Menschen erlaubt ist”, sagt er. Dass sie aber kommen wird, daran hat Jacobstein keinen Zweifel.

Von Christian Honey

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