Vor einigen Jahren sorgte ein Forscherteam der Brown University für Schlagzeilen, als es erfolgreich demonstrierte, wie eine gelähmte Frau, die den Gebrauch ihrer Arme und Beine verloren hatte, einen Roboterarm mit Hilfe ihrer Gehirnströme steuern konnte. In einem Video stellt sich Cathy Hutchinson vor, wie sie eine Tasse Kaffee trinkt, und der Roboterarm führt ihr die Tasse an die Lippen.

Die Szene ist erstaunlich, aber auch ein wenig verstörend. Hutchinson ist über einen stabförmigen „Sockel“, der in ihren Schädel getrieben wird, mit dem Roboterarm verbunden. An einem Ende des Sockels ist ein Bündel goldener Drähte mit einer winzigen Anordnung von Mikroelektroden verbunden, die in den primären motorischen Kortex von Hutchinsons Gehirn implantiert ist. Dieser Sensor, der etwa so groß ist wie eine Baby-Aspirin, zeichnet ihre neuronale Aktivität auf. Am anderen Ende des Sockels befindet sich ein externes Kabel, das die neuronalen Daten an einen nahe gelegenen Computer überträgt, der die Signale in einen Code übersetzt, der den Roboterarm steuert.

Diese Methode, die als BrainGate bekannt ist, hat Ende des letzten Jahrzehnts den Stand der Technik für Gehirn-Computer-Schnittstellen definiert. Wenn Sie bei dem Gedanken an eine Computerschnittstelle mit einem Stab durch den Kopf erschaudern, sind Sie nicht allein.

Seit einiger Zeit arbeitet ein kleines Team von Forschern an der UC Berkeley an Plänen für ein weniger invasives, drahtloses Überwachungssystem. Anfang dieses Monats veröffentlichten sie den Entwurf eines Papiers: „Neural Dust: An Ultrasonic, Low Power Solution for Chronic Brain-Machine Interfaces“.

Dongjin Seo, Doktorand in der Abteilung für Elektrotechnik und Informatik der UC Berkeley, verfasste das Papier unter der Aufsicht von hochrangigen Fakultätsmitgliedern, darunter Michel Maharbiz, der bekanntlich Cyborg-Käfer für das US-Verteidigungsministerium entwickelt hat.

Seo sagte, das Ziel der Forscher sei es, ein implantierbares System für Gehirn-Maschine-Schnittstellen zu entwickeln, das ultraklein, extrem nachgiebig und so skalierbar ist, dass es ein Leben lang genutzt werden kann. „Aufgrund der extremen Skalierbarkeit des neuronalen Staubs kann dieser Rahmen für Obamas BRAIN-Initiative verwendet werden, die eine groß angelegte, parallele und Echtzeit-Überwachung von Neuronen erfordert“, erklärte Seo.

Die Berkeley-Forscher schlagen vor, das Gehirn mit winzigen, staubgroßen, drahtlosen Sensoren zu bestreuen. Dies würde das Risiko einer Infektion durch die Verkabelung zahlreicher Sensoren im gesamten Gehirn verringern und das Trauma auf einen ersten Eingriff beschränken. Bei diesem Eingriff wird der Schädel geöffnet und die Sensoren werden in das Gehirn eingeführt. Gleichzeitig würde ein separates Sende- und Empfangsgerät direkt unter dem Schädel, aber oberhalb des Gehirns platziert werden. Der Transceiver würde über Ultraschall mit den Sensoren kommunizieren.

Ein weiteres batteriebetriebenes Sende- und Empfangsgerät außerhalb des Schädels würde Datenübertragungen vom Chip im Schädel empfangen und ihn drahtlos mit Strom versorgen. Wie in dem Papier festgestellt wird, wird diese Art der Energieübertragung bereits in einer Reihe von medizinischen Anwendungen, einschließlich Cochlea-Implantaten, verwendet. Laut Seo liegt die vorgeschlagene Energiemenge im Rahmen der FDA- und IEEE-Richtlinien.

Die Idee des neuronalen Staubs hat sofort die Fantasie von Futuristen angeregt, nachdem die Arbeit am 8. Juli auf arXiv.org veröffentlicht wurde: „Das Geniale an diesem System ist, dass es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, zu sehen, was mit Tausenden, Zehntausenden oder sogar Hunderttausenden von Neuronen im Gehirn auf einmal vor sich geht“, schrieb Ramez Naam, ein leitender Mitarbeiter des Foresight Institute und Autor von „More Than Human: Embracing the promise of biological enhancement“.

Aber hätte neuronaler Staub einen praktischen Nutzen für die wachsende Industrie der gedankengesteuerten Computerspiele und Gehirntrainings-Apps? Jon Cowan, Gründer von NeuroTek, ist skeptisch. Das Peak Achievement Training von NeuroTek wurde bereits im US-Olympia-Trainingszentrum in Colorado Springs sowie in anderen Olympiazentren von China bis Norwegen eingesetzt.

„[Neuraler Staub] ist in der Praxis nicht sehr vielversprechend, da ein chirurgischer Eingriff erforderlich wäre“, sagte Cowan. „Ich glaube nicht, dass sie viele Menschen finden werden, die sich freiwillig dafür melden würden. Cowan merkte an, dass die bestehenden Methoden zur Messung der Gehirnströme, die auf externen Sensoren beruhen, zwar grob sind, aber für die heutigen Anwendungen ausreichen.

„Wir glauben wirklich, dass dies ein praktisches System ist, und, was noch wichtiger ist, wir glauben, dass dies ein potenziell leistungsfähiger Rahmen ist, um das zu erreichen, was Obama angekündigt hat“, sagte Seo. Er wies jedoch darauf hin, dass es sich bei dem Papier nur um einen Entwurf handelt. „Es ist ein Konzeptpapier“, sagte er. „Es ist eine theoretische Studie darüber, was wir im Bereich der neuronalen Aufzeichnung für möglich halten.

Durch die Veröffentlichung des Papiers auf arXiv.org, einer Online-Sammlung von Vorabdrucken wissenschaftlicher Arbeiten, hofft das Team, die Beteiligung und das Feedback von Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen anzuregen. Es sind noch viele Herausforderungen zu bewältigen, bevor neuronaler Staub für Live-Tests bereit sein wird.

Quelle: Forbes (Das war der offizielle Stand der Dinge im Jahr 2013!)



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