211service.com
Forskere udnytter kraften i netværksforbundne hjerner hos aber og rotter
Ny forskning beviser, at to hoveder faktisk er bedre end et, i det mindste til at udføre visse simple beregningsopgaver.
Værket demonstrerer for første gang, at flere dyrehjerner kan forbindes i netværk og udnyttes til at udføre en bestemt adfærd, siger miguel nicolelis , professor i neurobiologi og biomedicinsk teknik ved Duke University og ekspert i hjerne-maskine-grænseflader. Han siger, at denne type delt hjerne-maskine-grænseflade potentielt kan være nyttig for patienter med hjerneskade, udover at kaste lys over, hvordan dyrehjerner arbejder sammen om at udføre kollektiv adfærd.
Nicolelis og hans kolleger offentliggjorde to separate undersøgelser i dag, hvoraf den ene involverede rotter og den anden involverer aber , der beskriver eksperimenter på netværk af hjerner og illustrerer, hvordan sådanne hjerner kunne bruges til at kombinere elektriske output fra neuronerne fra flere dyr til at udføre opgaver. Rottehjernenetværkene klarede sig ofte bedre, end en enkelt hjerne kan, rapporterer de, og i abeeksperimentet samarbejdede tre individers hjerner om at udføre en virtual reality-baseret opgave, der var for kompliceret til, at en enkelt kunne udføre dem.
For at opbygge et hjernenetværk implanterede forskerne først mikrotrådselektrodearrays, der kan optage signaler samt levere impulser af elektrisk stimulation til neuroner i samme region i flere rottehjerner. I tilfældet med rotteeksperimentet koblede de derefter fysisk par af rottehjerner via en hjerne-til-hjerne-grænseflade (se Rotter kommunikerer gennem hjernechips). Når grupper på tre eller fire rotter var forbundet, leverede forskerne foreskrevne elektriske impulser til individuelle rotter, dele af gruppen eller hele gruppen og registrerede output.
Forskerne testede rottehjerne-netværks evne til at udføre grundlæggende computeropgaver. For eksempel, ved at levere elektriske pulsmønstre afledt af et digitalt billede, registrerede de de elektriske output og målte, hvor godt netværket af neuroner behandlede dette billede. I en anden test leverede forskerne information om barometertryk og temperatur, og hjernenetværket beregnede sandsynligheden for regn. Hjernenetværkene var konsekvent bedre end en enkelt hjerne, især når opgaven involverede mere end ét beregningstrin.
I abeeksperimentet kombinerede forskerne to eller tre hjerner for at udføre en virtuel motorisk opgave i tre dimensioner. Efter at have implanteret elektroder brugte de belønninger til at træne individuelle aber til at flytte en virtuel arm til et mål på en skærm. En individuel abehjerne har ikke kapaciteten til at bevæge armen i tre dimensioner, siger Nicolelis, så hver abe lærte at manipulere armen inden for et bestemt underrum af det virtuelle 3D-rum. Den større opgave kan ikke løses, medmindre mindst to hjerner arbejder sammen og opnår et relativt højt niveau af synkronisering, siger han.
Forskerne placerede tre aber i separate rum med skærme, registrerede elektriske output, mens dyrene udførte deres respektive opgaver, og brugte derefter en computer til at kombinere output. Selvom aberne ikke vidste, at de samarbejdede, siger Nicolelis, blev deres hjerner meget hurtigt synkroniserede, og med tiden blev de bedre og bedre til at bevæge armen.
Nicolelis siger, at det fænomen, der førte til denne synkronisering, kan have vigtige biomedicinske implikationer. Delte hjernemaskine-grænseflader som dem, der er vist her, vil tillade nye horisonter for kliniske applikationer at åbne sig, siger han. For eksempel foreslår han, at neurologisk handicappede måske kunne dele sund hjerneaktivitet fra andre og i samarbejde udføre virtual reality-baserede neurorehabiliteringstræningsøvelser.