211service.com
Forskare utnyttjar kraften hos nätverkshjärnor hos apor och råttor
Ny forskning visar att två huvuden verkligen är bättre än ett, åtminstone på att utföra vissa enkla beräkningsuppgifter.
Arbetet visar för första gången att flera djurhjärnor kan kopplas ihop och utnyttjas för att utföra ett specifikt beteende, säger miguel nicolelis , professor i neurobiologi och biomedicinsk teknik vid Duke University och expert på gränssnitt mellan hjärna och maskin. Han säger att den här typen av delad hjärn-maskin-gränssnitt potentiellt kan vara användbar för patienter med hjärnskador, förutom att belysa hur djurhjärnor arbetar tillsammans för att utföra kollektiva beteenden.
Nicolelis och hans kollegor publicerade två separata studier idag, en med råttor och den andra involverar apor , som beskriver experiment på nätverk av hjärnor och illustrerar hur sådana hjärnor kan användas för att kombinera elektriska uteffekter från nervcellerna hos flera djur för att utföra uppgifter. Råtthjärnnätverken presterade ofta bättre än en enda hjärna kan, rapporterar de, och i apexperimentet samarbetade hjärnorna hos tre individer för att slutföra en virtuell verklighetsbaserad uppgift som var för komplicerad för en enda att utföra.
För att bygga ett hjärnnätverk implanterade forskarna först mikrotrådselektroduppsättningar som kan spela in signaler samt leverera pulser av elektrisk stimulering till neuroner i samma region i flera råtthjärnor. I fallet med råttexperimentet kopplade de sedan fysiskt ihop par av råtthjärnor via ett hjärna-till-hjärna-gränssnitt (se Råttor kommunicerar genom hjärnchips). När grupper om tre eller fyra råttor var sammankopplade, levererade forskarna föreskrivna elektriska pulser till enskilda råttor, delar av gruppen eller hela gruppen och registrerade utsignalerna.
Forskarna testade förmågan hos råtthjärnnätverk att utföra grundläggande datoruppgifter. Till exempel, genom att leverera elektriska pulsmönster härledda från en digital bild, registrerade de de elektriska utsignalerna och mätte hur väl nätverket av neuroner bearbetade den bilden. I ett annat test levererade forskarna information om barometertryck och temperatur och hjärnnätverket beräknade sannolikheten för regn. Hjärnnätverken var genomgående bättre än en enda hjärna, särskilt när uppgiften involverade mer än ett beräkningssteg.
I apexperimentet kombinerade forskarna två eller tre hjärnor för att utföra en virtuell motorisk uppgift i tre dimensioner. Efter att ha implanterat elektroder använde de belöningar för att träna individuella apor att flytta en virtuell arm till ett mål på en skärm. En enskild aphjärna har inte kapacitet att röra armen i tre dimensioner, säger Nicolelis, så varje apa lärde sig att manipulera armen inom ett visst delrum av det virtuella 3D-utrymmet. Den större uppgiften kan inte slutföras om inte minst två hjärnor samarbetar och uppnår en relativt hög nivå av synkronisering, säger han.
Forskarna placerade tre apor i separata rum med skärmar, registrerade elektriska uteffekter när djuren utförde sina respektive uppgifter och använde sedan en dator för att kombinera utsignalerna. Även om aporna inte visste att de samarbetade, säger Nicolelis, blev deras hjärnor synkroniserade mycket snabbt och med tiden blev de bättre och bättre på att röra armen.
Nicolelis säger att fenomenet som ledde till denna synkronisering kan ha viktiga biomedicinska implikationer. Delade gränssnitt för hjärnmaskiner som de som visas här kommer att tillåta nya horisonter för kliniska tillämpningar att öppna sig, säger han. Till exempel, föreslår han, kanske neurologiskt funktionshindrade personer skulle kunna dela hälsosam hjärnaktivitet från andra och tillsammans utföra virtuell verklighetsbaserade neurorehabiliteringsövningar.