211service.com
Råttor kommunicerar genom hjärnchips
Par av råttor kan kommunicera genom hjärnchips och samarbeta för att utföra en uppgift, Rapportera forskare i dagens Vetenskapliga rapporter. Hjärnaktivitet som registrerades hos en råtta översattes till ett mönster av elektriska pulser som sedan överfördes till en annan råtta som hade tränats att trycka på en viss spak som svar på ett av två mönster av elektrisk stimulering i dess hjärna. Råttorna samarbetade också, säger forskarna. Om den andra råttan valde fel spak, skulle den första råttan ändra sin hjärnfunktion och beteende i nästa försök så att den mottagande gnagaren var mer sannolikt att få rätt, hävdar forskarna.
Beslut beslut: En råtta med ett implantat som registrerar hjärnaktivitet väljer vilken spak som ska tryckas på som svar på en LED-lampa.
Forskningen leddes av Miguel Nicolelis platshållarbild , en neuroforskare vid Duke University Medical Center, som tidigare har beskrivit ett hjärn-dator-gränssnitt genom vilket en apa kunde styra en gående robot (se The Power of Thought ) och en annan uppsättning där en virtuell känsel matades in i en apas hjärna genom en elektrisk stimulerande grupp (se Ge proteser en känsel). En handfull labb har gjort imponerande framsteg i läsning och skrivning till hjärnan de senaste åren i syfte att hjälpa förlamade personer att återfå rörlighet via tankestyrd robotik. Förra året rapporterade två forskarlag att quadriplegic patienter kunde använda hjärnimplantat för att kontrollera robotens lemmar (se Brain Chips Helps Quadriplegics Move Robotic Arms with their Thoughts and Patient Shows New Dexterity with a Mind-Controlled Robot Arm ).
Men dagens studie, säger Nicolelis, handlade inte om att förbättra hjärn-datorgränssnittsteknologin för patienter utan snarare att utforska nya gränser. Vi observerade uppkomsten av fysiologiska egenskaper som vi inte kunde förutsäga innan vi gjorde detta, säger han och pekar på vad han kallar samarbete mellan de två djurens hjärnor.
I experimentet tränade Nicolelis och hans team en råtta att välja mellan en spak på höger eller vänster sida att trycka på beroende på vilken av två lysdioder som lyser. Om råttan tryckte på rätt spak fick den en givande klunk vatten. Forskarna registrerade den elektriska aktiviteten i råttans motoriska cortex, det område av hjärnan som styr rörelser, och översatte aktiviteten som var involverad i att trycka den högra spaken till många pulser och trycka den vänstra spaken till färre pulser. Dessa pulser skickades sedan till implantatet i hjärnan på en annan råtta i en separat kammare. Den råttan hade tränats att reagera på pulsmönster på liknande sätt - fler pulser innebar att trycka på spaken på höger sida.
Utan någon signal från lysdioderna i sin bur kunde den andra råttan välja rätt spak 64 procent av tiden, då båda råttorna skulle få en vattenbelöning (den informationssändande råttan skulle alltså få två; informationen som tog emot råtta skulle bara få en). När den andra råttan fick fel märkte den första råttan, säger Nicolelis, eftersom den inte fick en andra belöning. Så i nästa försök skulle den första råttan svara snabbare på LED-signalen och producera en större mängd uppgiftsrelaterad neuronavfyrning jämfört med bakgrundsljud från hjärnan, säger han, vilket gjorde att den andra råttan mer sannolikt valde rätt spak. Detta är vad Nicolelis kallar samarbete.
Forskarna visade också hjärnan-till-hjärna-kommunikationen med morrhårstimulering hos den första råttan. Som en katt använder råttor sina morrhår för att avgöra hur bred en öppning är, och gnagarna kan tränas att vända huvudet åt vänster eller höger beroende på om ett hål i deras bur är smalt. I likhet med det första experimentet översattes hjärnaktiviteten hos den första råttan till ett speciellt mönster av pulser som skickades till den andra råttan, som hade tränats att sticka huvudet åt vänster som svar på elektriska pulser, och höger i frånvaro av pulser. Med dessa tester valde den andra råttan rätt sida ungefär 62 procent av gångerna.
Med morrhårstestet visade teamet att råttorna inte behöver vara i samma byggnad - eller ens på samma kontinent - för att samarbeta. En råtta i Brasilien vid Edmond och Lily Safra International Institute of Neuroscience of Natal skickade hjärnsignaler till en råtta på Duke campus i Durham, North Carolina.
De binära besluten som togs i råtttesterna är dock inte aktuella med vad hjärnan-datorgränssnitt kan göra nuförtiden, skrev University of Pittsburghs Andrew Schwartz , en pionjär inom patienthjärna-datorgränssnitt, i ett e-postmeddelande till MIT Technology Review. Det kan låta som 'mental telepati' och därför verka spännande, men när man tittar på det mer noggrant är det väldigt förenklat, skrev han. Som kommunikationskanal skulle man kunna tänka sig en inlåst patient som försöker kommunicera genom att blinka, där en blinkning betyder ja och nej blinkning betyder nej. Denna typ av information kan förmedlas genom att spela in från en enda neuron i en råtta och surrande elektrisk ström i mottagarråttan. Om råttan känner surret betyder det ja, nej surr betyder nej.
Men Nicolelis ser denna demonstration som början på en ny forskningslinje som kan leda till en ny form av datoranvändning. Han säger att hans labb arbetar med svärmar av råttor som kan dela motorisk och sensorisk information via hjärna-till-hjärna-gränssnitt. Om du sätter ihop hjärnor kan du skapa en kraftfullare icke-Turing-maskin, en organisk dator som beräknar genom erfarenhet, genom heuristik, säger han. Det kan vara en mycket intressant arkitektur att utforska.