211service.com
Onderzoekers benutten de kracht van genetwerkte hersenen bij apen en ratten
Nieuw onderzoek bewijst dat twee hoofden inderdaad beter zijn dan één, in ieder geval bij het uitvoeren van bepaalde eenvoudige rekentaken.
Het werk toont voor het eerst aan dat meerdere dierenhersenen kunnen worden genetwerkt en gebruikt om een specifiek gedrag uit te voeren, zegt miguel nicolelis , een professor in neurobiologie en biomedische technologie aan de Duke University en een expert in hersen-machine-interfaces. Hij zegt dat dit type gedeelde hersen-machine-interface mogelijk nuttig kan zijn voor patiënten met hersenbeschadiging, naast het licht werpen op hoe dierlijke hersenen samenwerken om collectief gedrag uit te voeren.
Nicolelis en zijn collega's hebben vandaag twee afzonderlijke onderzoeken gepubliceerd, waarvan één met: ratten en de andere met betrekking tot apen , die experimenten op netwerken van hersenen beschrijven en illustreren hoe dergelijke hersennetten kunnen worden gebruikt om elektrische outputs van de neuronen van meerdere dieren te combineren om taken uit te voeren. De hersennetwerken van ratten presteerden vaak beter dan een enkel brein kan, rapporteren ze, en in het apenexperiment werkten de hersenen van drie individuen samen om een op virtual reality gebaseerde taak te voltooien die te ingewikkeld was om door één enkele uitgevoerd te worden.
Om een hersennetwerk te bouwen, implanteren de onderzoekers eerst microdraad-elektrode-arrays die signalen kunnen opnemen en pulsen van elektrische stimulatie kunnen leveren aan neuronen in dezelfde regio in meerdere rattenhersenen. In het geval van het rattenexperiment koppelden ze vervolgens fysiek paren rattenhersenen via een hersen-tot-herseninterface (zie Ratten communiceren via hersenchips). Zodra groepen van drie of vier ratten met elkaar waren verbonden, gaven de onderzoekers voorgeschreven elektrische pulsen aan individuele ratten, delen van de groep of de hele groep, en registreerden de outputs.
De onderzoekers testten het vermogen van rattenhersennetwerken om elementaire computertaken uit te voeren. Door bijvoorbeeld elektrische pulspatronen te leveren die zijn afgeleid van een digitaal beeld, registreerden ze de elektrische outputs en maten ze hoe goed het netwerk van neuronen dat beeld verwerkte. In een andere test leverden de onderzoekers informatie over luchtdruk en temperatuur en het hersennetwerk berekende de kans op regen. De hersennetwerken waren consistent beter dan een enkel brein, vooral wanneer de taak meer dan één rekenstap omvatte.
In het apenexperiment combineerden de onderzoekers twee of drie hersenen om een virtuele motorische taak in drie dimensies uit te voeren. Nadat ze elektroden hadden geïmplanteerd, gebruikten ze beloningen om individuele apen te trainen om een virtuele arm naar een doel op een scherm te bewegen. Een individueel apenbrein heeft niet het vermogen om de arm in drie dimensies te bewegen, zegt Nicolelis, dus elke aap leerde de arm te manipuleren binnen een bepaalde subruimte van de virtuele 3D-ruimte. De grotere taak kan niet worden voltooid tenzij ten minste twee hersenen samenwerken en een relatief hoog niveau van synchronisatie bereiken, zegt hij.
De onderzoekers plaatsten drie apen in aparte kamers met schermen, registreerden elektrische uitgangen terwijl de dieren hun respectieve taken uitvoerden en gebruikten vervolgens een computer om de uitgangen te combineren. Ook al wisten de apen niet dat ze samenwerkten, zegt Nicolelis, hun hersenen werden heel snel gesynchroniseerd en na verloop van tijd werden ze steeds beter in het bewegen van de arm.
Nicolelis zegt dat het fenomeen dat tot deze synchronie heeft geleid, belangrijke biomedische implicaties kan hebben. Gedeelde hersenmachine-interfaces zoals die hier worden getoond, zullen nieuwe horizonten voor klinische toepassingen mogelijk maken, zegt hij. Hij suggereert bijvoorbeeld dat neurologisch gehandicapte mensen misschien gezonde hersenactiviteit van anderen zouden kunnen delen en gezamenlijk op virtual reality gebaseerde neurorevalidatietrainingsoefeningen zouden kunnen uitvoeren.