Das über das Internet von einem Forscher gesendete Gehirnsignal steuert die Handbewegungen eines anderen Forschers.
Forscher der University of Washington haben die ihrer Meinung nach erste nicht-invasive Schnittstelle zwischen Mensch und Mensch durchgeführt. Ein Forscher kann über das Internet ein Signal an das Gehirn senden, um die Handbewegungen eines Kollegen zu steuern.
Rajesh Rao nutzte elektrische Gehirnaufzeichnungen und eine Form der Magnetstimulation, um ein Gehirnsignal an Andrea Stocco auf der anderen Seite des Campus der University of Washington zu senden, wodurch sich Stoccos Finger auf einer Tastatur bewegte.
Während Forscher der Duke University die Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation zwischen zwei Ratten und von Harvard-Forschern zwischen einem Menschen und einer Ratte demonstriert haben, glauben Rao und Stocco, dass dies die erste Demonstration der Schnittstelle zwischen Mensch und Mensch im Gehirn ist.
Der Forscher der Universität Washington, Rajesh Rao, links, spielt ein Computerspiel mit seinen Gedanken. Auf der anderen Seite des Campus trägt die Forscherin Andrea Stocco, rechts, eine Magnetstimulationsspule über der linken motorischen Kortikalisregion seines Gehirns. Der rechte Zeigefinger von Stocco bewegte sich unwillkürlich, um im Rahmen der ersten Demonstration der Schnittstelle zwischen Gehirn und Gehirn den "Feuerknopf" zu drücken. Fotokredit: Universität von Washington
"Das Internet war eine Möglichkeit, Computer zu verbinden, und jetzt kann es eine Möglichkeit sein, das Gehirn zu verbinden", sagte Stocco. "Wir wollen das Wissen eines Gehirns nehmen und es direkt von Gehirn zu Gehirn übertragen."
Die Forscher haben die vollständige Demonstration auf Video festgehalten, das in beiden Labors aufgenommen wurde. Die folgende Version wurde der Länge nach überarbeitet. Dieses Video und hochauflösende Fotos sind auch auf der Forschungswebsite verfügbar.
Rao, ein UW-Professor für Informatik und Ingenieurwissenschaften, arbeitet seit mehr als 10 Jahren in seinem Labor an der Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer und hat gerade ein Buch zu diesem Thema veröffentlicht. Angespornt durch die rasanten Fortschritte in der Technologie glaubte er 2011, das Konzept der Schnittstelle zwischen Gehirn und Gehirn demonstrieren zu können. So arbeitete er mit Stocco zusammen, einem Professor für Psychologie am UW-Institut für Lern- und Gehirnwissenschaften.
Am 12. August saß Rao in seinem Labor und trug eine Kappe mit Elektroden, die an ein Elektroenzephalographiegerät angeschlossen waren, das die elektrische Aktivität im Gehirn abliest. Stocco war in seinem Labor auf der anderen Seite des Campus und trug eine lila Badekappe mit der Stimulationsstelle für die transkranielle Magnetstimulationsspule, die direkt über seiner linken motorischen Kortikalis angebracht war und die Handbewegung steuert.
Das Team hatte eine Skype-Verbindung eingerichtet, damit die beiden Labors sich koordinieren konnten, obwohl weder Rao noch Stocco die Skype-Bildschirme sehen konnten.
Rao schaute auf einen Computerbildschirm und spielte mit seinen Gedanken ein einfaches Videospiel. Als er eine Kanone auf ein Ziel abfeuern sollte, stellte er sich vor, wie er seine rechte Hand bewegte (wobei er darauf achtete, seine Hand nicht zu bewegen), wodurch ein Cursor auf die Schaltfläche "Feuer" drückte. Fast augenblicklich bewegte Stocco, der geräuschunterdrückende Ohrhörer trug und keinen Computerbildschirm ansah, unwillkürlich seinen rechten Zeigefinger, um die Leertaste auf der Tastatur vor sich zu drücken, als ob er die Kanone abfeuern würde. Stocco verglich das Gefühl seiner Hand, die sich unwillkürlich bewegte, mit einem nervösen Gefühl.
"Es war sowohl aufregend als auch unheimlich zu beobachten, wie eine imaginäre Handlung aus meinem Gehirn von einem anderen Gehirn in tatsächliche Handlung umgesetzt wird", sagte Rao. „Dies war im Grunde ein einseitiger Informationsfluss von meinem Gehirn zu seinem. Der nächste Schritt ist ein gerechteres wechselseitiges Gespräch direkt zwischen den beiden Köpfen. “
Die Technologien, mit denen die Forscher das Gehirn aufzeichnen und stimulieren, sind bekannt. Die Elektroenzephalographie (EEG) wird von Klinikern und Forschern routinemäßig verwendet, um die Gehirnaktivität nichtinvasiv von der Kopfhaut aus zu erfassen. Die transkranielle Magnetstimulation ist eine nicht-invasive Methode, um das Gehirn zu stimulieren und eine Reaktion auszulösen. Seine Wirkung hängt davon ab, wo sich die Spule befindet. In diesem Fall wurde es direkt über der Gehirnregion platziert, die die rechte Hand einer Person steuert. Durch die Aktivierung dieser Neuronen hat die Stimulation das Gehirn davon überzeugt, dass es die rechte Hand bewegen muss.
Der Zyklus des Experiments. Gehirnsignale vom „er“ werden aufgezeichnet. Wenn der Computer imaginäre Handbewegungen erkennt, wird über das Internet ein "Feuer" -Befehl an die TMS-Maschine gesendet, der eine Aufwärtsbewegung der rechten Hand des "Empfängers" bewirkt. Dies führt normalerweise dazu, dass die Taste "Feuer" gedrückt wird. Bildnachweis: University of Washington
Die Informatik- und Ingenieurstudenten Matthew Bryan, Bryan Djunaedi, Joseph Wu und Alex Dadgar schrieben zusammen mit dem Doktoranden für Bioingenieurwissenschaften, Dev Sarma, den Computercode für das Projekt und wandelten Raos Gehirnsignale in Befehle für Stocco 'Gehirn um.
"Über die Gehirn-Computer-Schnittstelle wird schon lange geredet", sagte Chantel Prat, Assistenzprofessor für Psychologie am UW-Institut für Lern- und Gehirnwissenschaften, und Stoccos Frau und Forschungspartner, die an der Durchführung des Experiments mitwirkten. "Wir haben ein Gehirn an den komplexesten Computer angeschlossen, den jemals jemand untersucht hat, und das ist ein anderes Gehirn."
Dieser Durchbruch erinnert auf den ersten Blick an alle möglichen Science-Fiction-Szenarien. Stocco nannte es scherzhaft eine "vulkanische Geistesverschmelzung". Rao warnte jedoch davor, dass diese Technologie nur bestimmte Arten von einfachen Gehirnsignalen liest, nicht die Gedanken einer Person. Und es gibt niemandem die Möglichkeit, Ihre Handlungen gegen Ihren Willen zu kontrollieren.
Beide Forscher waren mit hochspezialisierten Geräten und unter idealen Bedingungen im Labor. Zur Durchführung der Demonstration mussten sie außerdem strenge internationale Testregeln für Probanden einhalten und befolgen.
"Ich denke, einige Leute werden sich darüber ärgern, weil sie die Technologie überschätzen", sagte Prat. "Es gibt keine Möglichkeit, die Technologie, die wir haben, unwissentlich oder ohne deren freiwillige Teilnahme auf eine Person anzuwenden."
Laut Stocco könnte die Technologie in den nächsten Jahren beispielsweise von einer Person am Boden genutzt werden, um einem Flugbegleiter oder Passagier beim Landen eines Flugzeugs zu helfen, wenn der Pilot handlungsunfähig wird. Oder eine Person mit Behinderungen könnte ihren Wunsch nach Nahrung oder Wasser äußern. Die Gehirnsignale von einer Person zur anderen würden funktionieren, auch wenn sie nicht dieselbe Sprache sprechen.
Rao und Stocco planen als nächstes ein Experiment, bei dem komplexere Informationen von einem Gehirn zum anderen übertragen werden. Wenn das funktioniert, führen sie das Experiment an einem größeren Pool von Probanden durch.
Ihre Forschung wurde zum Teil vom Forschungszentrum für sensomotorische neuronale Technik der National Science Foundation an der UW, dem US Army Research Office und den National Institutes of Health finanziert.
Über die University of Washington