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Medizin

Brain-Com­puter-Interface: Ultraschall kann Absichten von Affen erkennen

Freitag, 14. Mai 2021

/picture alliance, Jean-Christophe Bott

Pasadena/Kalifornien – Eine neue Variante der Ultraschalluntersuchung, die den Blutfluss in den Hirngefäßen am Doppler-Effekt der sich bewegenden Erythrozyten erkennt, könnte eines Tages als Brain-Computer-Interface genutzt werden, um beispielsweise Tetraplegikern die Steuerung von Roboter­hilfen mittels ihrer Gedanken zu ermöglichen.

Erste Untersuchungen an Rhesusaffen in Neuron (2021; DOI: 10.1016/j.neuron.2021.03.003) zeigen, dass es im Prinzip möglich ist, die Absichten der Tiere zu erkennen.

Der Doppler-Ultraschall wird in der Medizin seit längerem eingesetzt, um die Geschwindigkeit des Bluts zu messen. Häufige Anwendungsgebiete sind die Untersuchung der Strömungsverhältnisse an Herzklap­pen oder die Bestimmung des Blutflusses in der Halsschlagader mit der Karotis-Sonografie.

Ein Team um Mickael Tanter vom Institut Langevin in Paris hat die Technik in den letzten Jahren weiter­entwickelt. Mit flächenhaften Ultraschallsonden konnte die Auflösung so weit gesteigert werden, dass der Blutfluss im mikroskopischen Maßstab untersucht werden kann.

Die Auflösung liegt bei etwa 100 Mikrometern. Damit lässt sich auch der Blutfluss in kleineren Hirnge­fäßen untersuchen was dem Ultraschall neue Anwendungsbiete eröffnen könnte. Eines ist der funktio­nelle Ultraschall, der vergleichbar mit der funktionellen Magnetresonanztomografie die Aktivität bestimmter Hirnzentren anhand der Veränderungen in der Durchblutung erkennt. Grundlage ist die neurovaskuläre Kopplung, nach der eine vermehrte Hirnaktivität zu einer Steigerung der lokalen Durch­blutung führt, um den erhöhten Sauerstoff- und Nährstoffbedarf zu decken.

Der Ultraschall verspricht dabei eine wesentlich höhere Auflösung als die Magnetresonanztomografie. Sein Nachteil ist allerdings, dass er die Knochenkalotte nicht durchdringt. Um die Hirnaktivität zu messen, ist deshalb eine flächige Trepanation erforderlich. Die Ultraschallsonden werden dabei direkt auf die Hirnhäute gelegt.

Das Verfahren könnte jedoch für Tetraplegiker interessant sein, wenn es mit ihm gelingen sollte, Bewe­gungsabsichten zu erkennen, die dann beispielsweise einen Cursor auf dem Bildschirm oder noch besser einen Roboterarm steuern würden. Solche Brain-Computer-Interfaces sind bisher auf Hirnimplantate angewiesen. Der funktionelle Ultraschall wäre deutlich weniger invasiv.

Ein Team um Richard Andersen vom California Institute of Technology in Pasadena hat das Verfahren jetzt an Rhesusaffen untersucht. Den Tieren wurden die flächigen Ultraschallsonden in einem operativen Eingriff auf die Dura mater des posterioren Parietalcortex implantiert. Diese Region der Hirnrinde ist an der Planung von Handlungen beteiligt.

Nach der Operation untersuchten die Forscher die Hirndurchblutung im posterioren Parietalcortex, während die Tiere einfache Handlungen durchführten. In einem Versuch verfolgten sie mit den Augen auf einem Bildschirm einen Punkt, der den Ort wechselte.

In einem anderen Experiment wurden die Tiere zu einer Handbewegung veranlasst. Die Absicht der Tiere war jeweils zuvor im funktionellen Ultraschall an einer bestimmten Veränderung der Durchblutung erkennbar, weil die gedankliche Absicht bestimmte Hirnnerven aktivierte, die dann wiederum einen Anstieg der Durchblutung veranlassten.

Die Reaktion setzte – dafür, dass es sich um einen indirekten Effekt handelt – relativ schnell ein. Bereits nach 2 Sekunden wurde die Absicht der Tiere erkennbar. Die Tiere hatten zu diesem Moment die Hand­lung durchgeführt. Für ein Brain-Computer-Interface, mit dem ein Tetraplegiker beispielsweise einen Cursor auf dem Computerbildschirm bewegen könnte, wäre die Methode relativ schwerfällig.

Für einfache Aufgaben könnte es nach Ansicht der Forscher jedoch ausreichen, zumal bei hochgradig Gelähmten, die bisher kaum Möglichkeiten haben, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren. © rme/aerzteblatt.de

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Avatar #594231
Dr R Rossmann
am Dienstag, 18. Mai 2021, 13:49

Brain - Computer - Interface - wo bleibt die Seele

Es ist immer wieder erstaunlich - um einen Euphemismus zu bemühen - wie krude, unempathisch und unethisch unsere Mitgeschöpfe (niemand ohne schwerste Persönlichkeitsstörung sollte eigentlich in der Lage sein, sich solche Versuche auszudenken bzw. diese dann in die Tat umzusetzen) missbraucht werden und mit welcher Selbstverständlichkeit das in der Medizin gebilligt, ja sogar gefeiert wird. Und das in den Zeiten der in silico- Methoden, der Organoide etc., die dem mittelalterlichen "Goldstandard" des nie validierten Tierversuchs wissenschaftlich überlegen sind! Wann hält die auch unsere Mitgeschöpfe einbeziehende Ethik Einzug in die Medizin? Ich bin sicher, eines Tages werden wir uns zu Tode schämen über unsere Hybris, Grausamkeit, mangelnde Empathie und Dummheit.
Avatar #106067
dr.med.thomas.g.schaetzler
am Montag, 17. Mai 2021, 11:11

Niemand hat die Absicht, Ohrfeigen auszuteilen?

Ist es wirklich gut, wenn erste Untersuchungen an Rhesusaffen in Neuron (2021; DOI: 10.1016/j.neuron.2021.03.003) zeigen, dass es im Prinzip möglich ist, die Absichten der Tiere zu erkennen?

Es gilt wahrscheinlich nur die Feststellung, d a s s allgemeine Absichten der Tiere erkennbar sind, aber nicht w e l c h e denn genau.

Denn sonst könnte es sein, dass die geschundenen Rhesusaffen-Versuchstiere, denen die flächigen Ultraschallsonden in einem operativen Eingriff auf die Dura mater des posterioren Parietalcortex implantiert wurden, weil diese Region der Hirnrinde an der Planung von Handlungen beteiligt ist, die Absicht entwickeln, zurückschlagen zu wollen.

Dann müsste u. U. wohl mancher Tierversuchsforscher mit schallenden Ohrfeigen seitens seiner Versuchtiere als Absichtserklärung rechnen?

Mf+kG, Ihr Dr. med. Thomas G. Schätzler, FAfAM Dortmund
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