Wie Affen zu einem dritten Arm kommen

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Bereits nach einer relativ kurzen Trainingsphase akzeptiert das Gehirn künstliche Gliedmaßen als Teil des Körpers. Diese Entdeckung haben amerikanische Forscher gemacht, als sie Rhesusaffen beibrachten, einen Roboterarm mithilfe ihrer Hirnströme zu steuern. In dem Moment, in dem die Tiere das Prinzip begriffen hatten, gab es in ihren Gehirnen eine Umstrukturierung: Ein Teil der Nervenzellen, die vorher für die Steuerung der eigenen Arme zuständig gewesen waren, übernahm die Kontrolle des künstlichen Arms ? mit dem Ergebnis, dass den Tieren nun drei vollständig funktionsfähige Arme zur Verfügung standen.

Zu Beginn der Studie pflanzten die Wissenschaftler zwei weiblichen Rhesusaffen extrem dünne Elektroden ins Gehirn und zeichneten die Signale auf, während die Tiere ihre Arme bewegten. Anschließend brachten sie den Affen bei, mithilfe eines Joysticks einen Roboterarm zu bewegen und damit einen Cursor auf einem Monitor zu steuern. Als die Tiere diese Aufgabe gemeistert hatten, nahmen die Forscher ihnen den Joystick weg, um sie dazu zu bringen, den künstlichen Arm ausschließlich durch ihre Gehirnsignale zu kontrollieren.

Am Anfang bewegten die Affen dazu weiterhin ihre eigenen Arme durch die Luft, doch bereits nach wenigen Tagen bemerkten die Tiere, dass diese Bewegung nicht nötig war. Danach hielten sie ihre Arme still und steuerten den Roboterarm tatsächlich nur noch mit ihren Gedanken. Eine Analyse der Gehirnaktivität zeigte, dass die Neuronen im Bewegungszentrum zu diesem Zeitpunkt nicht mehr nur die eigenen Arme der Affen kontrollierten, sondern zusätzlich die Steuerung des Roboterarms übernommen hatten. Dadurch konnten die Tiere simultan ihre eigenen und den zusätzlichen Arm benutzen.

Das Ergebnis zeige, wie leicht das Gehirn sich darauf einstellen kann, künstliche Objekte oder Werkzeuge mit einzubeziehen, kommentieren die Forscher. Die Darstellung des eigenen Körpers innerhalb des Gehirns ist demnach extrem variabel: Ist es nötig, für eine bestimmte Aufgabe künstliche Hilfsmittel zu benutzen, werden diese in das Selbstbild integriert und wie eine natürliche Erweiterung des Körpers vom Gehirn gesteuert ? sei es direkt, wie im Fall der Affen, oder indirekt mithilfe der Gliedmaßen. Nach Ansicht der Wissenschaftler ist diese Erkenntnis sehr wichtig, um möglichst effektive Schnittstellen zwischen Mensch und Maschinen zu entwickeln, die beispielsweise Behinderten das Leben deutlich erleichtern würden.

Mikhail Lebedev ( Duke-Universität, Durham) et al.: Journal of Neuroscience, Ausg. vom 11. Mai

ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel

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