Wissenschaft

Forscher senden Bilder direkt an das Gehirn

Einem niederländisch-spanischen Forschungsteam ist es gelungen, durch gezielte Stimulation des Gehirns visuelle Wahrnehmungen konkreter Muster wie Buchstaben auszulösen. Die Wissenschaftler verwenden sogenannte Phosphene, visuelle Beobachtungen, die nicht durch äußere Lichtreize verursacht werden. Dies geschieht zum Beispiel durch Druck auf den Augapfel oder durch Prozesse im Gehirn selbst, zum Beispiel während der Migräne.

Die Idee, Blinden durch die elektrische Erzeugung von Phosphenen zu helfen, ihr Sehvermögen wiederzugewinnen, wird seit Jahrzehnten verfolgt. Die meisten Experimente haben sich bisher auf einzelne Lichtpunkte konzentriert. In der Forschung von Pieter R. Roelfsema (Niederländisches Institut für Neurowissenschaften), die in der veröffentlicht wurde aktuelle Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science vorgestellt wurde erstmals ein chip mit 1024 elektroden verwendet, mit dem eine art pixelmatrix erzeugt werden kann.

Der Chip wird in zwei Makaken im visuellen Kortex implantiert, wobei die meisten Elektroden zum primären visuellen Kortex V1 gehen, wo die vom Sehnerv gesendeten Signale vorverarbeitet werden. Einige Elektroden wurden auch mit dem visuellen Kortex V4 verbunden, um die Auswirkungen der Stimulation in den höheren Schichten des Gehirns aufzuzeichnen. Auf diese Weise konnte das System so kalibriert werden, dass die Stromspitzen die richtige Leistung hatten, um einzelne Nervenzellen zu aktivieren, ohne benachbarte Zellen zu beeinflussen.

Die Makaken waren zuvor darauf trainiert worden, mit Augenbewegungen auf visuelle Reize wie Bewegungspunkte oder Buchstaben zu reagieren. Diese Reaktionen traten auch auf, wenn die Reize nicht visuell präsentiert wurden, sondern durch direkte Hirnstimulation. Roelfsema vergleicht das System mit einer Anzeigetafel aus LEDs, auf der kurze Texte oder einfache Symbole angezeigt werden können. „Die Anzahl der Elektroden, die wir in den visuellen Kortex implantiert haben, und die Anzahl der künstlichen Pixel, die wir zur Erzeugung hochauflösender künstlicher Bilder erstellen können, ist beispiellos“, sagt Roelfsema. Xing Chen, Hauptautor der Studie, fügt hinzu: „In Zukunft könnte die Technologie verwendet werden, um blinde Menschen, deren Netzhaut, Auge oder Sehnerv beschädigt waren, leicht zu sehen, sofern sie visuell sind Kortex ist noch intakt. “

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In einem Kommentar Artikel Michael S. Beauchamp und Daniel Yoshor (Universität von Pennsylvania) weisen darauf hin, dass die Stimulation des primären visuellen Kortex V1 nur sehr einfache Lichtblitze erzeugt. Nur die höheren Bereiche des Gehirns können auch Farben und komplexere Muster verarbeiten. Es ist daher faszinierend zu spekulieren, ob die gleichzeitige Stimulation von V1 und V4 ein natürlicheres Sehen ermöglichen könnte.

Nach den “Fehlstarts der letzten Jahrzehnte” sieht die Zukunft für kortikale visuelle Prothesen besser aus. Sie schreiben: “Chen et al. Haben neue Maßstäbe für solche Prothesen gesetzt, indem sie gezeigt haben, dass 1000 Elektroden für die Wahrnehmung von Buchstaben und Orientierungen Fortschritte bei der drahtlosen Stimulation, der Herstellung von Elektroden mit hoher Dichte und Stimulationsalgorithmen verstärken die Hoffnung, dass neue Geräte blinden Menschen nützliche visuelle Funktionen bieten können. “


(vbr)

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Lili Falk

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