Gedankensteuerung: Affe frisst mit Roboter-Prothese

Leckereien als Motivation: Forscher haben einem Affen beigebracht, nur mit Hilfe seiner Gedanken einen Roboterarm zu steuern. Nach einer kurzen Lernphase holte sich das Tier damit Süßigkeiten und bugsierte sie in seinen Mund.

Das Gehirn ist ein prima Computer. Das haben jetzt Forscher der University of Pittsburgh in einem neuen Experiment mit Affen demonstriert. Meel Velliste und seine Kollegen setzten den Tieren Sonden ins Gehirn, mit denen sie über Nervensignale einen Roboterarm führen können. Den Affen gelang es am Ende, in einer fließenden Bewegung Nahrung aufzugreifen und in den Mund zu befördern, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature" ( Online-Vorabveröffentlichung). Aus den Versuchen erhoffen sie sich Fortschritte bei der Entwicklung von Prothesen.

Die Sonden im Hirn der Affen waren nicht dicker als ein menschliches Haar. Sie befanden sich im Motorkortex, einer Hirnregion, die für bewusste Bewegungen des Körpers zuständig ist. Innerhalb von Sekundenbruchteilen berechnete ein Computer aus den elektrischen Impulsen von rund 100 Nervenzellen Bewegungsanweisungen für den künstlichen Arm. Das ist etwa genauso schnell wie bei einem natürlichen Arm, weshalb die Tiere keine Verzögerung wahrnahmen. Auch der Aufbau des mechanischen Arms entspricht seinem natürlichen Vorbild: Er kann im Schulter- und im Armgelenk bewegt werden, und an der Stelle einer Hand befindet sich ein Greifer, der sich öffnen und schließen lässt.

Bevor das Gehirn zur Steuerung eingesetzt wurde, übten die Affen die Bedienung des Arms mit einem Joystick. Dann wurden die Arme der Tiere festgeschnallt und die Hirnsonden implantiert. Nach wenigen Tagen Training konnten die Affen den künstlichen Arm bedienen. Sie setzten ihn ein, um sich selbst mit Leckereien zu füttern.

Dabei machten sie auch viele kleine Bewegungen, die die Forscher nicht vorhergesehen hatten. Beispielsweise schoben sie Essensreste, die ihnen aus dem Mund fielen, mit dem Arm wieder nach, und sie leckten die künstlichen Finger, obwohl ihnen schon eine neue Speise zum Greifen angeboten wurde - den Forschern zufolge Anzeichen dafür, dass die Tiere den künstlichen Roboterarm als Ersatz für ihren natürlichen Arm betrachteten.

In ähnlichen Versuchen hatten es menschliche Probanden bereits geschafft, einen Mauszeiger auf einem Bildschirm mit ihren Hirnströmen zu lenken und E-Mails zu verschicken. Ein Gelähmter hatte dank eines Mensch-Maschine-Interfaces eine Handprothese gesteuert. Jüngst ist es Forschern sogar gelungen, die Nerven von zwei armamputierten Menschen so umzuleiten, dass sie die Empfindungen der verlorenen Hand auf der Brusthaut spüren - und fühlende Prothesen gezielt bewegen können.

"Unser unmittelbares Ziel ist es, eine Prothese für Ganzkörpergelähmte herzustellen", sagt Andrew Schwartz, einer der beteiligten Forscher. Der Weg zu einer tragbaren Prothese ist allerdings laut einem ebenfalls in "Nature" erschienenen Begleitartikel noch weit. Die heutige Technik benötigt große Rechenleistungen sowie unhandliche zusätzliche Hardware, und die implantierten Elektroden quittieren meist schon nach wenigen Wochen den Dienst.

hda/ddp

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