Hirnforschung Ratten kommunizieren per Hirnstrom

Forscher haben für Ratten eine Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstelle konstruiert. Über diese konnten die Tiere Informationen austauschen. Das klappte auch über mehrere tausend Kilometer.

Wissenschaftler in den USA haben Ratten Implantate ins Gehirn gesetzt, die eine direkte Datenübertragung von Gehirn zu Gehirn ermöglichen. Die Ratten konnten über diese Verbindung miteinander kommunizieren - auch über eine große Entfernung hinweg.

Die Forscher von der Duke-Universität in Durham im US-Bundesstaat North Carolina um Miguel Nicolelis setzten mehreren Ratten Elektroden in das Bewegungszentrum im Gehirn, den sogenannten Motorcortex, ein. Dann trainierten sie die Tiere darauf, in einem Käfig einen von zwei Hebeln zu betätigen, wenn darüber ein Licht aufleuchtete. Als Belohnung erhielt das Tier einen Schluck Wasser.

Gehirne vernetzen

Dann vernetzten die Forscher zwei Ratten miteinander. Die eine fungierte dabei als Sender: Sie erhielt das Lichtsignal, das ihr den Hebel bezeichnete, den sie für die Belohnung betätigen musste. Die zweite Ratte, der Empfänger, hatte zwar in ihrem Käfig die gleichen Hebel, aber sie bekam kein Lichtsignal. Sie war also von den Daten der andere Ratten abhängig, um an die Belohnung zu kommen.

Leuchtete im Käfig des Senders eine Lampe auf und die Ratte betätigte den Hebel, wurden Signale aus ihrem Gehirn zum Sender übertragen. In diese Signale war die Entscheidung des Tieres für eine Seite codiert. Durch diese Signale wusste der Empfänger, welchen Hebel er betätigen musste. In etwa 70 Prozent der Fälle wählte die Empfängerratte den richtigen Hebel. Diese Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstelle (Brain-To-Brain Interface, BTBI) ermögliche "eine Übertragung von verhaltensmäßig sinnvollen sensomotorischen Informationen zwischen den Gehirnen von zwei Ratten in Echtzeit", berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Zwei-Wege-Kommunikation

Die Forscher öffneten die Kommunikation dann in zwei Richtungen: Der Sender bekam nur dann die volle Belohnung, wenn der Empfänger seine Aufgabe richtig löste. Das habe zu einer Zusammenarbeit im Verhalten der beiden geführt, sagt Nicolelis: "Wenn der Empfänger einen Fehler machte, sahen wir, dass der Sender seine Hirnfunktionen und sein Verhalten änderte, um es seinem Partner einfacher zu machen. Der Sender verbesserte das Signal-Stör-Verhältnis seiner Hirnaktivität, die seine Entscheidung enthielt, damit das Signal deutlicher und einfacher zu erfassen war."

In einem zweiten Experiment musste die Ratte mit Hilfe ihrer Tasthaare zwischen einer großen und einer kleinen Öffnung unterscheiden. Erneut wurden die Ratten in Sender und Empfänger aufgeteilt. Nachdem sie die Tests mehrfach verbunden absolviert hatten, stellten die Forscher fest, dass das Gehirn des Empfängers nicht nur auf die Signale der eigenen Tasthaare, sondern auch auf die Signale der Tasthaare des Senders reagierte.

Tele-Kommunikation

Dann schließlich testeten die Forscher, ob sich die Daten auch über große Entfernungen übertragen lassen: Eine Ratte in einem Forschungsinstitut in Natal im Nordosten Brasiliens wurde als Sender ausgestattet. Über das Internet kommunizierte sie mit einem Empfänger in Durham. Die Ratten hätten sich davon nicht beeindrucken lassen, erzählt Miguel Pais-Vieira. "Obwohl sich die Tiere auf verschiedenen Kontinenten befanden, was zu einer Übertragung mit Störungen und Signalverzögerungen führte, konnten sie immer noch miteinander kommunizieren."

Das Experiment basiert auf früheren Versuchen mit Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer-Interface, BCI), die Nicolelis und seine Kollegen mit Ratten durchgeführt hatten. Dabei habe sich gezeigt, dass das Gehirn der Nager in der Lage sei, sich gut auf neue Eingaben von Geräten einzustellen. So hatten die Forscher Ratten sogar eine zusätzliche Sinneswahrnehmung verschafft - mit Hilfe einer ins Gehirn eingesetzten Elektrode brachten sie die Tiere dazu, Infrarotlicht zu fühlen.

"Wir fragten uns daraufhin: 'Wenn das Gehirn Signale von künstlichen Sensoren verarbeiten kann, kann es dann auch Informationen von Sensoren aus einem anderen Körper verarbeiten?'", erzählt Nicolelis. Die Forscher glauben, dass es mit Hilfe eines BTBI künftig möglich sein könnte, die Gehirne vieler Tiere zu einem organischen Computer zu vernetzen.