Willkommen im Mind-Meld: Unsere Zukunft der Brain-to-Brain-Kommunikation

Von Ben Thomas

Die erste Ratte drückte auf einen Hebel und erwartete die leckere Belohnung, die sie erwartet hatte. Ein Implantat im Gehirn der Ratte wandelte seine neuronale Aktivität in ein elektronisches Signal um und strahlte den Impuls an das Gehirn der zweiten Ratte, die nach vorne sprang und einen Hebel in ihrem eigenen Käfig drückte. Aber Ratte Nr. 2 war noch nie darauf trainiert worden, den Hebel zu drücken. Sein Bewegungsimpuls kam nicht aus dem eigenen Gehirn, sondern direkt aus dem Gehirn von Ratte Nr. 1 - trotz der Tatsache, dass die beiden um Tausende von Kilometern voneinander getrennt waren.

Was wir geschaffen haben, sagte der leitende Forscher Miguel Nicolelis, ist "ein neues zentrales Nervensystem, das aus zwei Gehirnen besteht."

Dieser Fortschritt fand im Jahr 2012 statt, und andere Labore waren schnell in der Lage, Nicolelis und sein Team zu gewinnen. Im Sommer 2013 entwickelte ein Team von Forschern der Harvard University eine Schnittstelle zwischen Ratte und Mensch, die es dem Menschen ermöglicht, die Schwanzbewegungen der Ratte einfach zu kontrollieren, indem er sie will.

Im August 2013 gelang es schließlich den Wissenschaftlern der University of Washington, Rajesh Rao und Andrea Stocco, einen Sprung zu machen, auf den alle warteten: Eine Schnittstelle von Mensch zu Mensch. Indem sie eine Person in einen nicht-invasiven EEG-Helm und die zweite in einen Helm für transkranielle Magnetstimulation (TMS) schnallen, verschmolzen die Forscher - aus Gründen der Wissenschaft - sich selbst.

Mind-Meld-Gaming

Das Experiment lief so ab: Rao und Stocco saßen sich gegenüber und sahen sich das gleiche Videospiel an. Rao, der einen EEG-Helm trug, war an den Kontrollen - aber anstatt seine Hand zu benutzen, um die Leertaste zu schlagen, stellte er sich einfach vor, seine Hand zu bewegen.

Jedes Mal, wenn er dies tat, konvertierte ein Computer Raos Hirnsignale mit nahezu augenblicklicher Geschwindigkeit in ein digitales Signal und strahlte es zum Stocco-TMS-Helm. Dieser Helm wandelte das Signal in einen Impuls magnetischer Stimulation um, der genau in die Region von Stocco gebracht wurde, die seine rechte Hand kontrollierte. Die Hand von Stocco würde dann unwillkürlich zucken, die Leertaste antippen und (manchmal) einen Treffer im Spiel erzielen.

Wie hat sich das angefühlt? „Wir beide hatten sehr unterschiedliche Erfahrungen“, sagt Rao. „Für mich hatte ich erst nach dem Geschehen die Gelegenheit, über das Geschehene nachzudenken. Dass Stocco die von meinem Gehirnsignal stimulierte Hand die Handlung ausgelöst hatte. Diese Erkenntnis war sowohl aufregend als auch etwas unheimlich. “

Stocco hingegen berichtet, dass er einfach ein unwillkürliches Muskelzucken verspürte, das dazu führte, dass seine Hand sich bewegte und auf die Tastatur schlug. Es gebe kein bewusstes "Bedürfnis", den Muskel zu beugen, sagt er, da die gesamte Abfolge der Ereignisse von der Stimulation bis zur Bewegung innerhalb weniger Millisekunden erfolgte. Und mehr noch, sagt Rao: „Ich glaube nicht, dass er der Bewegung widerstehen kann, sobald er die Stimulation erhalten hat, da er auf der unterbewussten Ebene wirkt.“ In der Tat unheimlich.

Aber selbst bei diesem unterbewussten Verbindungsniveau war der Prozess nicht fehlerfrei oder fehlerfrei. Tatsächlich enthüllen die Fehler und Fehler des Systems einige interessante Wahrheiten darüber, wie unser Gehirn Informationen verarbeitet.

Technologische Hürden

Das EEG-Gerät, das Rao zum Senden abgehender Signale verwendete, basiert auf einer Technologie aus dem Jahr 1875. Obwohl die heutigen Geräte weitaus präziser sind als die Modelle des 19. Jahrhunderts, arbeiten sie nach demselben Prinzip: Elektroden verteilen sich auf ein Die Kopfhaut einer Person nimmt Muster elektrischer Aktivität auf, die bei bestimmten Frequenzen im Gehirn dieser Person schwingen. Da sich EEG-Elektroden auf der Oberfläche der Kopfhaut befinden, können sie diese Aktivität nicht auf einen bestimmten dreidimensionalen Punkt im Gehirn festlegen. Aber mit ein wenig Kalibrierung sind sie sehr praktisch, um große Gehirnphänomene wie Stimmungsschwankungen, Aufmerksamkeitsverlagerungen und Bewegungsimpulse zu verfolgen.

TMS ist eine neuere Technologie - und weil sie die Aktivität tief im Gehirn stört, ist sie umstrittener. Zahlreiche Forscher haben berichtet, dass TMS bei einigen ihrer Patienten Anfälle auslöste. Die meisten Experten sind sich jedoch einig, dass das Anfallsrisiko für Personen, die nicht bereits anfällig für Epilepsie sind, extrem niedrig ist. In den 90er und 2000er Jahren gelang es den Experimentatoren, TMS zu verwenden, um unwillkürliche Bewegungen auszulösen, das Arbeitsgedächtnis vorübergehend zu erhöhen und sogar Depressionen zu behandeln.

Darüber hinaus ist TMS nicht-invasiv. Als Rao und Stocco sich bemühten, ihre Schnittstelle zwischen Gehirn und Gehirn zu entwerfen, war TMS die klare Wahl für das Ausgabeende. "Mir wurde klar, dass wir beim EEG und TMS nichtinvasive Technologien zur Aufzeichnung und Stimulation des menschlichen Gehirns hatten", sagt Rao. Ich wandte mich also an Andrea Stocco, der gerade bei UW angekommen war und TMS für seine kognitivpsychologischen Experimente verwendete. Andrea und ich waren wirklich begeistert von der Idee und begannen mit Brainstorming. “

Gehirntraining

Schnell wurde klar, dass Raos EEG nicht immer ein klares Signal senden würde. "EEG-Signale sind für die Steuerung von Geräten ziemlich schwierig zu verwenden", erklärt er, "weil das Signal eine schwache, geräuschvolle, gefilterte Version der zugrundeliegenden Gehirnaktivität ist." Bewegungen der Augen, des Gesichts oder des Körpers - oder sogar die Verwirrung - können es stören Sie das Signal. Eine solche Sternenkonzentration dauerte Monate für Rao.

"In den ersten Sitzungen", sagt Rao, "hatten wir mehrere Fehlalarme, bei denen Andrea 'Hand die " Feuer "-Taste drückte, auch wenn dies nicht meine Absicht war." Aber als die Prozesse anhielten, erfuhr Rao Um seine EEG-Ausgabe genauer zu steuern, erzielten Rao und Stocco in der Schlusssitzung eine Genauigkeit von nahezu 100 Prozent (in ihren Signalen, jedoch nicht im Spiel selbst). "Der einzige Fehlschuss danach", sagt Rao, "geschah, als sich Andrea 'Hand bewegte, aber nicht mit ausreichender Kraft auf den Schlüssel schlug, um die Kanone abzufeuern." Ein kleiner Fehler in der Tat angesichts des Teams allgemeiner Ehrgeiz.

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Das Aufregendste an diesem Projekt ist - abgesehen von dem Aspekt des „Mind-Meld“ - vielleicht die aufregendste Technologie, die auf Technologien basiert, die schnell in den Verbrauchermarkt einsteigen. Obwohl TMS nach wie vor auf medizinische Einrichtungen und Laboratorien beschränkt ist, arbeiten Gruppen von Industrieingenieuren auf der ganzen Welt daran, ihre eigenen TMS-Geräte zu bauen. Heim-EEG-Kits sind mittlerweile weit verbreitet von Unternehmen wie Emotiv und NeuroSky erhältlich - das heißt, wenn Sie Ihre eigenen nicht von Grund auf selbst bauen möchten.

Obwohl die ersten Tests von Rao nur Bewegungen übertrugen, könnten zukünftige Iterationen theoretisch Wahrnehmungen, Konzepte oder Emotionen übertragen. Dann würden wir wirklich über eine Denkweise sprechen - zwei Menschen könnten durch Technologie direkt über ihr Gehirn kommunizieren.

Solange wir Menschen neugierig auf die Welt um uns herum waren, haben wir uns bemüht, unsere Gedanken anderen klar zu vermitteln und sie der Reihe nach zu verstehen. „in die Köpfe zu kommen“. Aber es ist nicht bis in den letzten paar Jahren so, dass jeder von uns einen kleinen Plastikhelm aufsetzen und beobachten kann, was in unseren eigenen Gehirnen passiert - und in den Gehirnen unserer Freunde - gleich zu Hause. Was kommt als nächstes, um wirklich in den Verstand der anderen zu gelangen und zu sehen, was wir dort finden?

Technologien wie diese scheinen das Potenzial zu haben, Roboter von uns allen zu bauen - aber sie deuten auch auf eine Zukunft der Empathie hin, die direkter und unmittelbarer ist als alle, die wir zuvor erlebt haben.

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