Ratten communiceren via hersenchips

Rattenparen kunnen communiceren via hersenchips en samenwerken om een ​​taak uit te voeren, verslag doen van onderzoekers in de huidige tijd Wetenschappelijke rapporten. Hersenactiviteit die bij één rat werd geregistreerd, werd vertaald in een patroon van elektrische pulsen die vervolgens werden doorgegeven aan een andere rat die was getraind om een ​​bepaalde hendel in te drukken als reactie op een van de twee patronen van elektrische stimulatie in zijn hersenen. De ratten werkten ook samen, zeggen de onderzoekers. Als de tweede rat de verkeerde hendel zou kiezen, zou de eerste rat zijn hersenfunctie en gedrag veranderen in de volgende proef, zodat het ontvangende knaagdier meer kans had om het goed te doen, beweren de wetenschappers.

Beslissingen beslissingen: Een rat met een implantaat dat hersenactiviteit registreert, kiest op welke hendel hij moet drukken als reactie op een LED-licht.

Het onderzoek werd geleid door Tijdelijke afbeelding voor Miguel Nicolelis , een neurowetenschapper aan het Duke University Medical Center, die eerder een hersen-computerinterface heeft beschreven waarmee een aap een lopende robot kan besturen (zie The Power of Thought ) en een andere opstelling waarin een virtuele tastzin in de hersenen van een aap werd ingevoerd via een elektrisch stimulerende array (zie Protheses een gevoel van aanraking geven). Een handvol laboratoria heeft de afgelopen jaren indrukwekkende vooruitgang geboekt bij het lezen en schrijven naar de hersenen met als doel verlamde mensen te helpen hun mobiliteit terug te krijgen via gedachtegestuurde robotica. Vorig jaar meldden twee onderzoeksteams dat quadriplegiepatiënten hersenimplantaten konden gebruiken om robotledematen te besturen (zie Brain Chip helpt quadriplegiepatiënten robotarmen te bewegen met hun gedachten en patiënt toont nieuwe behendigheid met een hersengestuurde robotarm).

Maar de studie van vandaag, zegt Nicolelis, ging niet over het verbeteren van de hersen-computerinterfacetechnologie voor patiënten, maar over het verkennen van nieuwe grenzen. We zagen de opkomst van fysiologische eigenschappen die we niet konden voorspellen voordat we dit deden, zegt hij, wijzend op wat hij samenwerking tussen de hersenen van de twee dieren noemt.

In het experiment hebben Nicolelis en zijn team een ​​rat getraind om te kiezen tussen een rechter- of linkerhendel om te duwen, afhankelijk van welke van de twee LED's oplicht. Als de rat op de juiste hendel duwde, kreeg hij een belonende slok water. De onderzoekers registreerden de elektrische activiteit van de motorische cortex van de rat, het gebied van de hersenen dat bewegingen regelt, en vertaalden de activiteit die betrokken is bij het duwen van de rechterhendel in veel pulsen en het duwen van de linkerhendel in minder pulsen. Deze pulsen werden vervolgens in een aparte kamer naar het implantaat in de hersenen van een andere rat gestuurd. Die rat was getraind om op een vergelijkbare manier op pulspatronen te reageren - meer pulsen betekende dat de rechter hendel moest worden ingedrukt.

Zonder signaal van de LED's in zijn kooi was de tweede rat in staat om 64 procent van de tijd de juiste hendel te kiezen, waarna beide ratten een waterbeloning zouden krijgen (de informatieverzendende rat zou er dus twee krijgen; de informatie ontvangende rat zou er maar één krijgen). Toen de tweede rat het bij het verkeerde eind had, merkte de eerste rat dat, zegt Nicolelis, omdat hij geen tweede beloning kreeg. Dus in de volgende proef zou de eerste rat sneller reageren op de LED-cue en een grotere hoeveelheid taakgerelateerde neuronen afvuren produceren in vergelijking met achtergrondruis in de hersenen, zegt hij, waardoor de tweede rat meer geneigd was om de juiste hendel te kiezen. Dit is wat Nicolelis samenwerking noemt.

De onderzoekers toonden ook de hersen-tot-hersencommunicatie aan met snorhaarstimulatie bij de eerste rat. Net als een kat gebruiken ratten hun snorharen om te bepalen hoe breed een opening is, en de knaagdieren kunnen worden getraind om hun hoofd naar links of rechts te draaien, afhankelijk van of een gat in hun kooi smal is. Net als bij het eerste experiment werd de hersenactiviteit van de eerste rat vertaald in een bepaald patroon van pulsen dat naar de tweede rat werd gestuurd, die was getraind om zijn kop naar links te steken als reactie op elektrische pulsen en naar rechts bij afwezigheid van pulsen. Met deze tests koos de tweede rat ongeveer 62 procent van de tijd de juiste kant.

Met de snorhaartest toonde het team aan dat de ratten niet in hetzelfde gebouw - of zelfs op hetzelfde continent - hoeven te zijn om samen te werken. Een rat in Brazilië bij de Edmond en Lily Safra Internationaal Instituut voor Neurowetenschappen van Natal stuurde hersensignalen naar een rat op de Duke-campus in Durham, North Carolina.

De binaire beslissingen die in de rattentests worden genomen, zijn echter niet up-to-speed met wat hersen-computerinterfaces tegenwoordig kunnen doen, schreef University of Pittsburgh's Andrew Schwartz , een pionier op het gebied van hersen-computerinterfaces voor patiënten, in een e-mail aan MIT Technologie Review. Het klinkt misschien als ‘mentale telepathie’ en lijkt daarom opwindend, maar als je het nauwkeuriger bekijkt, is het erg simplistisch, schreef hij. Als communicatiekanaal kun je denken aan een opgesloten patiënt die probeert te communiceren door te knipperen, waarbij knipperen ja betekent en nee knipperen nee. Dit soort informatie kan worden overgebracht door opname van een enkel neuron in één rat en zoemende elektrische stroom in de ontvangende rat. Als de rat het gezoem voelt, betekent het ja, geen gezoem betekent nee.

Maar Nicolelis ziet deze demonstratie als het begin van een nieuwe onderzoekslijn die zou kunnen leiden tot een nieuwe vorm van computergebruik. Hij zegt dat zijn laboratorium werkt aan zwermen ratten die motorische en sensorische informatie kunnen delen via hersen-tot-hersen-interfaces. Als je hersens bij elkaar zou brengen, zou je een krachtigere niet-Turing-machine kunnen maken, een organische computer die rekent door ervaring, door heuristiek, zegt hij. Dat zou een zeer interessante architectuur kunnen zijn om te verkennen.

zich verstoppen