Gehirne lösen Aufgaben gemeinsam: Mittels Hirn-zu-Hirn-Interface

Kollektive Intelligenz, auch Gruppen- oder Schwarmintelligenz genannt, ist eine der wichtigsten Strategien der Kollaboration. Menschen mit unterschiedlichem Wissen lösen Aufgaben gemeinsam. Sie verbinden sich über Netzwerke, die wie ein großes Nervensystem funktionieren. Die Zusammenarbeit war bisher nur über Umwege wie Maus und Tastatur möglich. Forschern um Andrea Stocco von der University of Washington in Seattle ist es jetzt gelungen, mehrere Gehirne direkt zu verbinden. In diesem „sozialen Netzwerk“ werden Aufgaben gemeinsam gelöst.

Bekannte Technologien schaffen neue Möglichkeiten

Die Basis ist BrainNet, ein Hirn-zu-Hirn-Interface, das mehrere Personen verbindet. Hier kommt längst bekannte Hardware zum Einsatz: Elektroenzephalographen (EEG) zeichnen Hirnaktivitäten nicht invasiv durch die Schädeldecke auf und leiten die Signale an die Steuereinheit weiter. Und mit der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) lassen sich über starke Magnetfelder Bereiche des Gehirns nicht invasiv stimulieren oder hemmen. Beide Technologien kommen in medizinischem Kontext bereits zum Einsatz.

BrainNet lässt Tetris im Labor spielen

Im Experiment wurden mit der Schnittstelle 3 Teilnehmer verbunden. Sie lösten durch direkte Kommunikation ihrer Gehirne Aufgaben. 2 der 3 Probanden fungierten als „Sender“ und sahen den Bildschirm eines Tetris-ähnlichen Computerspiels. Ihre Hirnsignale wurden mit Hilfe der Echtzeit-EEG-Datenanalyse dekodiert. Aus den Signalen extrahiert ein Computer Entscheidungen darüber, ob im Spiel ein Block gedreht werden soll, bevor er fallen gelassen wird, um eine Zeile zu füllen.

Die Entscheidungen der Sender wurden an das Gehirn eines Dritten, des „Empfängers“, übertragen, der den Spielbildschirm nicht vollständig sehen kann. Er nimmt Blöcke des Tetris-Spiels wahr, ohne zu erkennen, ob diese zu drehen sind. Magnetfelder des TMS stimulieren auf Basis von Signalen seinen okzipitalen Kortex. Diese Gehirnstruktur verarbeitet normalerweise visuelle Impulse und bildet unser Sehzentrum. Der Empfänger löst schließlich eine Aktion aus.

BrainNet: Probanden erkennen gute und schlechte Sender

Eine zweite Runde des Spiels gab den „Sendern“ die Chance, Aktionen des „Empfängers“ per Feedback zu validieren. 5 Gruppen von 3 Probanden nutzten BrainNet erfolgreich, um die Tetris-Aufgabe mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von 81 % durchzuführen.

In einem weiteren Experiment haben die Forscher die Qualität von Signalen einzelner Sender durch Störsignale bewusst verschlechtert. Sie wollten sehen, wie sich Fehler auf die Kommunikation auswirken. Überraschend stellten sie fest, dass die Empfänger in der Lage waren, herauszufinden, welcher Sender zuverlässig war – und welcher nicht. Hier waren nur die ans Gehirn übermittelten Informationen von Belang, um zwischen falsch und richtig zu unterscheiden.

Bedeutende Schritte der Neuroforschung

Die aktuellen Ergebnisse sind eine Weiterentwicklung auf Basis früherer Experimente. Bereits im Jahr 2013 gelang es US-Neuroforschern, die Gehirne zweier Ratten über implantierte Elektroden miteinander zu verbinden. Ein Tier war der „Sender“. Seine Signale – etwa einen Hebel im Käfig zu drücken – wurden nach der digitalen Aufbereitung an den „Empfänger“ übertragen. Die zweite Ratte führte alle Schritte identisch aus.

Bald darauf hatten Neurobiologen mit nicht invasiven Verfahren Erfolg. Ihnen gelang es, nicht invasive Verbindungen zweier menschlicher Gehirne aufzubauen. Ein Forscher steuerte mit seinen Gedanken die Hand seines Kollegen, um beispielsweise einen Befehl auf der Computertastatur auszuführen. Dieses Konzept soll jetzt in Richtung eines echten „sozialen Netzwerks“ mit vielen Teilnehmern erweitert werden.