Neuronales Netz Ratten-Hirnzellen steuern Roboter

Der Roboter, den britische Forscher gebaut haben, ist anders: Er fährt nicht einfach hirnlos umher, sondern wird von 300.000 Nervenzellen gesteuert, die aus dem Kopf einer Ratte stammen. Das klappt gut - in 80 Prozent der Fälle erkennt der Roboter Hindernisse und umfährt sie.


Britische Forscher haben einen Roboter mit Hirn entwickelt: Kultiviert in einer Petrischale senden lebende Nervenzellen aus dem Gehirn junger Ratten dem kleinen fahrbaren Roboter Signale, die so umgerechnet werden, dass sie seine Bewegungen steuern. Umgekehrt schicken Sensoren an dem Gerät, die Informationen über die Umgebung sammeln, elektrische Impulse zurück an das neuronale Netzwerk und schließen so den Schaltkreis. Einen zusätzlichen Computer gibt es nicht. "Die einzige Steuerung, die der Roboter hat, ist das biologische Gehirn", sagt Mitentwickler Kevin Warwick von der University of Reading. Ziel des Projektes sei es, mehr darüber zu erfahren, wie ein Gehirn lernt und Erinnerungen speichert, berichtet das Magazin " New Scientist".

Roboter: Reproduzierbare Reaktionen des künstlichen Gehirns
AFP / DIEM / University of Reading

Roboter: Reproduzierbare Reaktionen des künstlichen Gehirns

Um das neuronale Netzwerk zu schaffen, nahmen Warwick und seine Kollegen Großhirnrinde aus Ratten-Föten und lösten mit Enzymen die Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Dann züchteten sie etwa 300.000 Zellen auf einem Multi-Elektroden-Array - einer Art Petrischale, in deren Boden 80 feine Elektroden eingelassen sind. Die Nervenzellen begannen daraufhin, neue Verbindungen untereinander zu knüpfen und elektrisch aktiv zu werden. Die Nervenzellen schienen sich willkürlich elektrisch zu entladen. Schon nach fünf Tagen bildeten sich sogar deutlich erkennbare Muster heraus, und die Zellen entluden sich synchron in Gruppen.

Die Elektroden erfassen die elektrischen Signale der Nervenzellen und leiten sie an den Roboter weiter, der in einer Holzkiste hin- und herfährt. Stößt er dabei auf ein Hindernis wie etwa die Wand, erzeugen seine Sensoren ebenfalls ein elektrisches Signal, das zurück zum Gehirn geleitet und von den Nervenzellen verarbeitet wird. Dabei suchen die Forscher nach reproduzierbaren Reaktionen des künstlichen Gehirns, indem sie Informationen wie "Wand direkt voraus" mit immer dem gleichen Signal vom Roboter an die Nervenzellen übermitteln. Produziert daraufhin stets die gleiche Gruppe von Nervenzellen ein Antwortsignal, kann dieses zum Beispiel verwendet werden, um dem Roboter den Befehl "Fahr nach rechts" zu geben.

Cyborg
Reading University
Rattengehirn steuert Roboter:
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Der Clou dabei: Das künstliche Gehirn lernt aus den Erfahrungen des Roboters. "Schon jetzt führen stetig wiederholte Aktivitäten dazu, dass sich die Verbindungen zwischen den Nervenzellen verstärken", sagt Warwick. "Man kann das auch beim Menschen sehen: Wenn man etwas häufig macht, gewöhnt man sich daran und wird immer besser - und das ist exakt das, was auch beim Roboter passiert." Aktuell schafft es der Roboter dank seines Rattengehirns, Hindernisse in einer vertrauten Umgebung in 80 Prozent der Fälle zu vermeiden.

"Eine der wichtigsten Fragen der Neurowissenschaften heute ist: Wie kommt man von der Aktivität einzelner Nervenzellen zu komplexen Verhaltensweisen?", erläutert Warwicks Kollege Ben Whalley. "Dieses System bietet nun die einzigartige Gelegenheit, etwas anzuschauen, was komplexe Verhaltensmuster zeigt, aber immer noch eng an die Aktivität einzelner Zellen geknüpft ist."

Er und sein Team wollen ihrem Roboter nun noch weitere Fähigkeiten beibringen und auch sein Gedächtnis verbessern. Damit hoffen sie, direkt beobachten zu können, was beim Lernen und beim Speichern von Erinnerungen mit den Nervenzellen passiert - Erkenntnisse, die irgendwann helfen könnten, Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson zu bekämpfen. Allerdings dürfe man nicht vergessen, so die Forscher, dass es sich hier um ein Modell handele, dessen Funktionen lediglich denen des Gehirns ähnelten.

lub/ddp



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