Forschung 25.01.2008, 19:32 Uhr

Affe steuert Roboter per Gedankenkraft  

Einem Forscherteam gelang es, Hirnaktivitäten eines Affen in den USA zur Echtzeitsteuerung eines Roboters in Japan zu nutzen.

Durham in North Carolina liegt etwa 400 km südwestlich von Washington und hat mit der Duke University eine angesehene Hochschule und an dieser ein hoch renommiertes Medical Center. Dort ist es vergangene Woche weltweit zum ersten Mal geglückt, die Hirnaktivitäten eines Affen zur Echtzeitsteuerung eines Roboters zu nutzen – und zwar am anderen Ende der Welt.

Die Forscher der Duke University arbeiteten dabei mit Forschern des Computational Brain Projekts der japanischen Science and Technology Agency zusammen. In Durham führt das Projekt Prof. Miguel Nicolelis. Chef des JST in Japan und gleichzeitig Direktor des Computational Neuroscience Laboratories ist Prof. Mitsuo Kawato.

Die Forscher nutzten spezielle Methoden, um die Aktivitäten von Hunderten von Hirnzellen beim Rhesusaffen zu erfassen. Dann wurde über Sensoren ermittelt, wie der Affe physisch auf die Hirnströme reagierte. Dazu ließ man ihn auf einem Laufband laufen, das unterschiedlich schnell vorwärts wie rückwärts laufend eingestellt werden konnte. Sensoren an den Beinen des Affen erfassten exakt die Bewegungen, die von den Hirnsignalen ausgelöst wurden.

Mit mathematischen Modellen wurde dann ein Zusammenhang zwischen den Bewegungen und den Hirnströmen hergestellt, so dass bald verlässliche Erkenntnisse für die verschiedenen Formen der Bewegung vorlagen. Das galt z. B. auch für die notwendige Laufgeschwindigkeit und Schrittlänge, um auf dem Laufband nicht vorn oder hinten „abzustürzen“.

Da bestimmten Neuronen in verschiedenen Hirngebieten zu unterschiedlichen Zeiten „feuern“ und gleichzeitig mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, war es ein beträchtliches Puzzlespiel, bevor ein Gehmuster entstand.

„Wir haben zunächst die Hirnaktivitäten erfasst, daraus das Bewegungsmuster vorhergesagt und dann die motorischen Signale vom Affen auf den fernen Roboter übertragen“, erläuterte Nicolelis. „Und weil wir das in Echtzeit machen können, kann jetzt der Roboter in Japan mit dem Affen in den USA synchron auf zwei verschiedenen Laufbändern laufen, die räumlich weit voneinander entfernt sind.“

Kawato gibt sich – wie in Japan üblich – etwas zurückhaltender: „Wir freuen uns sehr über die gemeinsam erreichten Ergebnisse. Wir werden die neuen Erkenntnisse dazu nutzen, unser Verständnis über die Prozesse der Informationsverarbeitung im Gehirn weiter auszubauen.“

Bleibt hinzufügen, dass Nicolelis kein Neuling auf diesem Gebiet ist. Schon Anfang des Jahrzehnts hatte er mit seinem Institut demonstriert, dass Greifvorgänge beim Affen auf Roboter übertragen werden können, ausschließlich gesteuert durch die Hirnsignale des Tieres.

Ein „gehender“ Roboter ist allerdings ungleich komplexer, da zur Bewegung noch das Gleichgewicht hinzukommt: Aufgrund von Unterschieden in Größe, Gewicht und Schwerpunkt lassen sich die Daten des Affen nicht für den Roboter auswerten, sondern müssen vor Ort generiert werden.

Das Experiment selbst hatte indes ein Nachspiel, das selbst die Forscher leicht außer Tritt brachte: Wenn man das Laufband ausrollen ließ und der Affe das Laufen beendete, lief der Roboter noch ein paar Minuten weiter. Eine mögliche Erklärung: Beim Laufen konnte der Affe den Roboter auf dem Bildschirm sehen, was sicher zum Synchronlaufen beigetragen hat. Allein die visuelle Rückkopplung, die der Affe auf dem Bildschirm wahrnahm, hat das Gehirn des Affen noch eine Zeitlang „laufen lassen“, so dass der ferne Roboter nur durch die Gedankenarbeit des Affen in Gang gehalten wurde.

Im nächsten Jahr sollen die Arbeiten an einer ersten hirngesteuerten Beinprothese aufgenommen werden, deren Ziel der Einsatz beim Menschen ist. PHIL KNURHAHN

www.duke.edu

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