Ein sechster Sinn aus dem Labor

 Können diese Augen lügen? Zumindest können sie in Zukunft möglicherweise Magnetfelder, Röntgenstrahlen und Co sehen... Bild: Thinkstock
Können diese Augen lügen? Zumindest können sie in Zukunft möglicherweise Magnetfelder, Röntgenstrahlen und Co sehen... Bild: Thinkstock
Ob nun Supermans Röntgenblick oder die Fähigkeit, Magnetfelder zu sehen – glaubt man dem Neurowissenschaftler Miguel Nicolelis, ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis das auch für normale Menschen keine Zauberei mehr ist. Ermöglicht werden soll ein solcher künstlicher sechster Sinn durch neuartige Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer, sogenannte BCIs. Ein erster Schritt dorthin ist dem Brasilianer bereits gelungen: Er und seine Kollegen ließen Ratten das normalerweise für sie unsichtbare Infrarotlicht wahrnehmen – und zwar mit Hilfe ihres Tastsinns.
Es klingt schon etwas eigenwillig, was die Wissenschaftler, die an der Duke University im US-amerikanischen Durham arbeiten, da mit ihren Ratten gemacht haben: Sie implantierten ihnen winzige Elektroden ins Gehirn, die an einen Infrarotsensor angeschlossen waren. Dann befestigten sie diesen Detektor an der Stirn der Tiere. Sobald er ein Signal aufnahm, etwa aus einer Infrarot-LED, erzeugte er einen elektrischen Impuls, der wiederum die Großhirnrinde stimulierte. Allerdings platzierten die Forscher ihre Elektroden nicht etwa im Sehzentrum der Ratten, sondern in einem Bereich, in dem Berührungen der Schnurrhaare verarbeitet werden.

Belohnung winkt, wo es leuchtet

Anschließend trainierten die Wissenschaftler die Ratten darauf, auf Lichtsignale zu reagieren: Sie setzten sie in eine Testbox mit verschiedenen LEDs und schalteten zunächst nur solche an, die Licht im sichtbaren Bereich erzeugten. Die Ratten lernten mit der Zeit, immer dort, wo es leuchtete, einen Hebel zu drücken. Als Belohnung gab es einen frischen Schluck Wasser. Als die Tiere diese Aufgabe beherrschten, schalteten die Wissenschaftler um auf Infrarot-LEDs. Zuerst hatten die Ratten dabei augenscheinlich Schwierigkeiten mit den ungewohnten Signalen in ihrem Gehirn, berichtet Nicolelis: Sie liefen nicht zu der aktiven Leuchtdiode, sondern kratzten sich im Gesicht. Das zeige, dass ihr Gehirn zumindest zu Beginn die elektrischen Impulse als Berührung interpretierte, sagt er.

Mit der Zeit änderte sich das jedoch: Die Ratten lernten, die Signale in ihrem Hirn mit den Infrarot-LEDs zu assoziieren. Näherten sie sich der Lichtquelle, bewegten sie beispielsweise mehrfach gezielt ihren Kopf hin und her, um die Quelle des Reizes genauer lokalisieren zu können. Nach etwa einem Monat waren sie darin dann so gut, dass sie fast keine Fehler mehr beim Auswählen der korrekten Lichtquelle machten. Sie hatten also mit Hilfe des BCIs eine Wahrnehmungsform entwickelt, über die sie zuvor nicht verfügt hatten, erläutert der Forscher. Damit sei ein BCI zum ersten Mal nicht, wie üblich, eingesetzt worden, um einen Sinn zu verstärken oder wiederherzustellen, sondern um einen Sinn funktionell zu erweitern beziehungsweise einen neuen zu schaffen.

Ergänzen statt ersetzen

Dieses Ergebnis belegt laut Nicolelis, wie flexibel das Gehirn eigentlich ist. Denn die Fähigkeit, das Infrarot wahrzunehmen, ersetzte nicht etwa den Tastsinn, der ja in der gleichen Hirnregion lokalisiert war. Vielmehr scheine sich der stimulierte Cortex aufgeteilt zu haben, um beide Funktionen erfüllen zu können, berichtet der Forscher: Am Ende konnten die Ratten sowohl das Infrarotlicht wahrnehmen als auch uneingeschränkt Berührungen an ihren Schnurrhaaren spüren. Er hält daher die bisher gängige Annahme, die Stimulation einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn würde immer einen bestimmten, definierten Sinneseindruck hervorrufen, für falsch. Stattdessen scheint sich das Gehirn auf alle möglichen neuen Reize einstellen zu können – selbst wenn sie nur auf relativ unspezifischen elektrischen Impulsen beruhen.

Was den Wissenschaftler jedoch besonders fasziniert, ist das große Potenzial der Methode. Pflichtbewusst bemerkt er natürlich zunächst, dass damit vielen Menschen geholfen werden könnte, die aufgrund einer Verletzung oder eines Schlaganfalls Teile ihres Gehirns eingebüßt haben. So sei es beispielsweise möglich, nach einer Schädigung des Sehzentrums Signale aus dem Auge auf einen anderen Bereich des Cortex zu lenken, etwa auf das Hörzentrum, um so den Betroffenen ihre Sehfähigkeit zurückzugeben. Doch Nicolelis' Visionen gehen noch viel weiter: Er ist sicher, dass sich mit der Zeit Neuroprothesen entwickeln lassen, die einen vollentwickelten zusätzlichen Sinn ermöglichen – und nicht nur eine diffuse Wahrnehmung wie im aktuellen Test. Damit könnte man dann Tiere oder auch Menschen alles Mögliche sehen lassen, von Ultraschall über UV-Licht und Radiowellen bis hin zu Magnetfeldern. Superman lässt grüßen.
Miguel Nicolelis (Duke University, Durham) et al.: Nature Communications, Online-Vorabveröffentlichung vom 12. Februar

© wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel


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