Wissenschaftler demonstrieren direkte Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation beim Menschen

BY admin
|

Wir Menschen haben ein reichhaltiges Kommunikationsrepertoire entwickelt, von Gesten bis hin zu ausgefeilten Sprachen. Alle diese Formen der Kommunikation verbinden und trennen Individuen so, dass sie ihre einzigartigen Erfahrungen teilen und ausdrücken und kollaborativ zusammenarbeiten können. In einer neuen Studie ersetzt Technologie die Sprache als Kommunikationsmittel, indem sie die Aktivität des menschlichen Gehirns direkt miteinander verknüpft. Elektrische Aktivität aus dem Gehirn eines Paares von menschlichen Probanden wurde in Form von magnetischen Signalen an das Gehirn eines dritten Individuums übertragen, das eine Anweisung zur Ausführung einer Aufgabe auf eine bestimmte Weise übermittelte. Diese Studie öffnet die Tür zu außergewöhnlichen neuen Mitteln der menschlichen Zusammenarbeit und verwischt gleichzeitig grundlegende Vorstellungen über individuelle Identität und Autonomie auf beunruhigende Weise.

Die direkte Kommunikation von Gehirn zu Gehirn ist seit vielen Jahren ein Thema von intensivem Interesse, das von so unterschiedlichen Motiven wie futuristischem Enthusiasmus und militärischem Anspruch angetrieben wird. In seinem Buch Beyond Boundaries beschrieb Miguel Nicolelis, einer der Führer auf diesem Gebiet, die Verschmelzung der menschlichen Gehirnaktivität als die Zukunft der Menschheit, die nächste Stufe in der Evolution unserer Spezies. (Nicolelis ist Mitglied des Beratergremiums von Scientific American. Er hat bereits eine Studie durchgeführt, in der er die Gehirne mehrerer Ratten über komplexe implantierte Elektroden, sogenannte Brain-to-Brain-Interfaces, miteinander verband. Nicolelis und seine Co-Autoren beschrieben diese Errungenschaft als den ersten „organischen Computer“ mit lebenden Gehirnen, die aneinander gebunden sind, als wären sie so viele Mikroprozessoren. Die Tiere in diesem Netzwerk lernten, die elektrische Aktivität ihrer Nervenzellen in gleichem Maße zu synchronisieren wie in einem einzelnen Gehirn. Die vernetzten Gehirne wurden auf Dinge wie ihre Fähigkeit getestet, zwischen zwei verschiedenen Mustern elektrischer Reize zu unterscheiden, und sie übertrafen routinemäßig einzelne Tiere.

Wenn vernetzte Rattengehirne „intelligenter“ sind als ein einzelnes Tier, stellen Sie sich die Fähigkeiten eines biologischen Supercomputers vernetzter menschlicher Gehirne vor. Ein solches Netzwerk könnte es Menschen ermöglichen, über Sprachbarrieren hinweg zu arbeiten. Es könnte denjenigen, deren Kommunikationsfähigkeit beeinträchtigt ist, ein neues Mittel zur Verfügung stellen. Wenn die Rattenstudie korrekt ist, könnte die Vernetzung menschlicher Gehirne die Leistung verbessern. Könnte ein solches Netzwerk eine schnellere, effizientere und intelligentere Art der Zusammenarbeit sein?

Die neue Arbeit befasste sich mit einigen dieser Fragen, indem sie die Gehirnaktivität eines kleinen Netzwerks von Menschen miteinander verband. Drei Personen, die in getrennten Räumen saßen, arbeiteten zusammen, um einen Block richtig auszurichten, damit er eine Lücke zwischen anderen Blöcken in einem Videospiel füllen konnte. Zwei Personen, die als „Absender“ fungierten, konnten die Lücke sehen und wussten, ob der Block gedreht werden musste, um zu passen. Die dritte Person, die als „Empfänger“ diente, war für die richtige Antwort geblendet und musste sich auf die Anweisungen der Absender verlassen.

Die beiden Absender waren mit Elektroenzephalographen (EEGs) ausgestattet, die die elektrische Aktivität ihres Gehirns aufzeichneten. Die Absender konnten die Ausrichtung des Blocks sehen und entscheiden, ob sie dem Empfänger signalisieren sollten, ihn zu drehen. Sie konzentrierten sich auf ein mit hoher Frequenz blinkendes Licht, um die Anweisung zum Drehen zu übermitteln, oder konzentrierten sich auf ein mit niedriger Frequenz blinkendes Licht, um zu signalisieren, dies nicht zu tun. Die Unterschiede in den Blinkfrequenzen verursachten unterschiedliche Gehirnreaktionen bei den Sendern, die vom EEGs erfasst und über eine Computerschnittstelle an den Empfänger gesendet wurden. Ein magnetischer Impuls wurde mit einem transkraniellen Magnetstimulationsgerät (TMS) an den Empfänger abgegeben, wenn ein Sender signalisierte, sich zu drehen. Dieser magnetische Impuls verursachte einen Lichtblitz (ein Phosphen) im Gesichtsfeld des Empfängers, um den Block zu drehen. Das Fehlen eines Signals innerhalb einer diskreten Zeitspanne war die Anweisung, den Block nicht zu drehen.

Nachdem der Empfänger Anweisungen von beiden Absendern erhalten hatte, entschied er, ob er den Block drehen sollte. Wie die Absender war der Empfänger mit einem EEG ausgestattet, in diesem Fall, um diese Wahl dem Computer zu signalisieren. Sobald der Empfänger über die Ausrichtung des Blocks entschieden hatte, endete das Spiel und die Ergebnisse wurden allen drei Teilnehmern gegeben. Dies gab den Absendern die Möglichkeit, die Aktionen des Empfängers zu bewerten, und dem Empfänger die Möglichkeit, die Genauigkeit jedes Absenders zu bewerten.

Das Team erhielt dann eine zweite Chance, seine Leistung zu verbessern. Insgesamt wurden fünf Personengruppen mit diesem Netzwerk, dem sogenannten „BrainNet“, getestet und erreichten im Durchschnitt eine Genauigkeit von mehr als 80 Prozent bei der Erledigung der Aufgabe.

Um die Herausforderung zu eskalieren, fügten die Ermittler dem von einem der Absender gesendeten Signal manchmal Rauschen hinzu. Angesichts widersprüchlicher oder mehrdeutiger Anweisungen lernten die Empfänger schnell, die Anweisungen des genaueren Absenders zu identifizieren und zu befolgen. Dieser Prozess emulierte dem Bericht zufolge einige der Funktionen „herkömmlicher“ sozialer Netzwerke.

Diese Studie ist eine natürliche Erweiterung der Arbeit, die zuvor an Labortieren durchgeführt wurde. Neben der Verknüpfung von Rattenhirnen ist Nicolelis ‚Labor für die Verknüpfung mehrerer Primatenhirne zu einem „Brainet“ (nicht zu verwechseln mit dem oben diskutierten BrainNet) verantwortlich, in dem die Primaten lernten, bei der Ausführung einer gemeinsamen Aufgabe über Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) zusammenzuarbeiten. Diesmal wurden drei Primaten mit implantierten BCIs an denselben Computer angeschlossen und gleichzeitig versucht, einen Cursor auf ein Ziel zu bewegen. Die Tiere waren in diesem Fall nicht direkt miteinander verbunden, und die Herausforderung bestand darin, dass sie eine parallele Verarbeitung durchführten, wobei jedes seine Aktivität auf ein Ziel ausrichtete und gleichzeitig die Aktivität der anderen kontinuierlich kompensierte.

Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen erstrecken sich auch über Arten, wobei Menschen nichtinvasive Methoden ähnlich denen in der BrainNet-Studie verwenden, um Kakerlaken oder Ratten zu kontrollieren, die chirurgisch implantierte Gehirnschnittstellen hatten. In einem Bericht konnte ein Mensch, der eine nichtinvasive Gehirnschnittstelle verwendete, die über einen Computer mit dem BCI einer anästhesierten Ratte verbunden war, den Schwanz des Tieres bewegen. In einer anderen Studie kontrollierte ein Mensch eine Ratte als sich frei bewegenden Cyborg.

Die Forscher in der neuen Arbeit weisen darauf hin, dass es der erste Bericht ist, in dem die Gehirne mehrerer Menschen auf völlig nichtinvasive Weise miteinander verbunden wurden. Sie behaupten, dass die Anzahl der Individuen, deren Gehirne vernetzt werden könnten, im Wesentlichen unbegrenzt ist. Die Informationen, die derzeit übermittelt werden, sind jedoch sehr einfach: eine Ja- oder-Nein-Binäranweisung. Abgesehen davon, dass es sich um eine sehr komplexe Art handelt, ein Tetris-ähnliches Videospiel zu spielen, wohin könnten diese Bemühungen führen?

Die Autoren schlagen vor, dass der Informationstransfer mit nichtinvasiven Ansätzen verbessert werden könnte, indem gleichzeitig die Gehirnaktivität mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) abgebildet wird, um die Informationen zu erhöhen, die ein Sender übertragen könnte. Aber fMRT ist kein einfaches Verfahren, und es würde die Komplexität eines bereits außerordentlich komplexen Ansatzes zum Austausch von Informationen erweitern. Die Forscher schlagen auch vor, dass TMS gezielt an bestimmte Gehirnregionen abgegeben werden könnte, um das Bewusstsein für bestimmte semantische Inhalte im Gehirn des Empfängers zu wecken.

Inzwischen entwickeln sich die Werkzeuge für invasivere — und vielleicht effizientere — Gehirnschnittstellen rasant. Elon Musk kündigte kürzlich die Entwicklung eines robotisch implantierbaren BCI mit 3.000 Elektroden an, um eine umfassende Interaktion zwischen Computern und Nervenzellen im Gehirn zu ermöglichen. Während beeindruckend in Umfang und Raffinesse, Diese Bemühungen werden von Regierungsplänen in den Schatten gestellt. Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) hat technische Anstrengungen unternommen, um eine implantierbare neuronale Schnittstelle zu entwickeln, die eine Million Nervenzellen gleichzeitig angreifen kann. Während diese BCIs nicht speziell für die Gehirn–zu-Gehirn-Schnittstelle entwickelt werden, ist es nicht schwer vorstellbar, dass sie für solche Zwecke rekrutiert werden könnten.

Auch wenn die hier verwendeten Methoden nichtinvasiv sind und daher weit weniger bedrohlich erscheinen, als wenn eine neuronale Schnittstelle der DARPA verwendet worden wäre, wirft die Technologie immer noch ethische Bedenken auf, insbesondere weil die damit verbundenen Technologien so schnell voranschreiten. Könnte zum Beispiel eine zukünftige Verkörperung eines Gehirn-zu-Gehirn-Netzwerks es einem Sender ermöglichen, einen Zwangseffekt auf einen Empfänger auszuüben und dessen Handlungsfähigkeit zu verändern? Könnte eine Gehirnaufzeichnung eines Absenders Informationen enthalten, die eines Tages extrahiert werden könnten und die Privatsphäre dieser Person verletzen? Könnten diese Bemühungen irgendwann das Persönlichkeitsgefühl eines Individuums beeinträchtigen?

Diese Arbeit bringt uns einen Schritt näher an die Zukunft, die Nicolelis sich vorgestellt hat, in der, in den Worten des verstorbenen Nobelpreisträgers Murray Gell–Man, „Gedanken und Gefühle ohne die Selektivität oder Täuschung, die die Sprache zulässt, vollständig geteilt würden.“ Nicolelis ist nicht nur etwas voyeuristisch in diesem Streben nach völliger Offenheit, sondern verfehlt auch den Punkt. Eine der Nuancen der menschlichen Sprache ist, dass oft das, was nicht gesagt wird, genauso wichtig ist wie das, was ist. Der Inhalt, der in der Privatsphäre des eigenen Geistes verborgen ist, ist der Kern der individuellen Autonomie. Was auch immer wir durch die direkte Verknüpfung von Gehirnen an Zusammenarbeit oder Rechenleistung gewinnen können, kann auf Kosten von Dingen gehen, die weitaus wichtiger sind.