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Vorhersage von Bewegungen aus Hirnströmen
Freiburger Neurowissenschaftler präsentieren neuartigen Ansatz zur Entwicklung von motorischen Neuroprothesen
Forschern der Fakultät für Biologie ist es gelungen,
Armbewegungen aus neuronalen Populationssignalen vorherzusagen. Eine
solche Methode ist von unmittelbarem Nutzen für die Entwicklung von
motorischen Neuroprothesen – darunter versteht man Systeme, die die
willentliche Steuerung eines künstlichen Effektors (beispielsweise ein
Roboterarm für Querschnittsgelähmten) ermöglichen sollen und zwar
mittels Bewegungskommandos die der eigenen Hirnaktivität entnommen
werden. Die in der Dezemberausgabe der Zeitschrift „Nature
Neuroscience“ erscheinende Arbeit stellt einen bedeutsamen Fortschritt
in diesem hochaktuellen Forschungsgebiet dar, da sie zeigt, daß im
Gehirn gemessene Signale größerer Gruppen von Nervenzellen – die
sogenannten lokalen Feldpotentiale – eine Alternative zu dem bisher von
den meisten Wissenschaftlern zur Ansteuerung einer neuronalen Prothese
favorisierten Einzelzellsignalen darstellt.
In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Hebrew University in
Jerusalem (Israel) untersuchten die Freiburger Forscher zunächst den
Zusammenhang zwischen den im Jerusalemer Labor im motorischen Areal der
Großhirnrinde von Affen gemessenen lokalen Feldpotentialen und den vom
Affen durchgeführten Armbewegungen. Durch die Anwendung neuer
mathematischer Verfahren aus dem Bereich der Informatik, gelang es nun
den Freiburger Wissenschaftlern, die gemessene Hirnaktivität zu
entschlüsseln und somit die Bewegungsrichtung mit hoher Präzision und
sogar annähernd den kompletten zweidimensionalen Bewegungsverlauf
vorherzusagen. Die Vorhersage mit Hilfe von lokalen Feldpotentialen war
dabei ähnlich genau wie die mit Hilfe der Einzelzellsignale. Beide
zusammen genommen lieferten sogar ein noch besseres Ergebnis.
Angesichts der Schwierigkeit, stabile Langzeitmessungen von
Einzelzellsignalen durchzuführen, lautet eine wichtige Schußfolgerung
aus diesen Ergebnissen, dass lokale Feldpotentiale ein attraktives
alternatives Signal zur Ansteuerung neuronaler Prothesen darstellen.
Aus dem Freiburger Ansatz lassen sich für die Zukunft wichtige
klinische Anwendungen erhoffen.
Kontakt:
Prof. Dr. Ad Aertsen
Institut für Biologie III
Schänzlestr. 1
79104 Freiburg
Tel.: 0761/203-2718
E-mail: ad.aertsen@biologie.uni-freiburg.de
Dr. Carsten Mehring
Institut für Biologie I
Hauptstr. 1
79104 Freiburg
Tl: 0761/203-2543
E-mail: carsten.mehring@biologie. uni-freiburg.de
URL: www.brainworks.uni-freiburg.de