Steuern Sie Ihr Haus mit der Kraft der Gedanken

Steuern Sie Ihr Haus mit der Kraft der Gedanken

Zu Fuß quer durch den Raum zu wechseln, auf ein Licht—eine so einfache, alltägliche Tätigkeit, die enorm komplexe Berechnungen durch das Gehirn, als es erfordert die interpretation der Szene, Kontrolle der Gangart und der Planung der bevorstehenden Bewegungen wie die arm-Bewegung, um das Licht einzuschalten. Neurowissenschaftler am deutschen Primaten Zentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für primatenforschung haben nun untersucht, in welchen Hirnarealen die Bewegungen sind codiert für entfernte Ziele zu erreichen, die erfordern, dass sowohl arm-und Fuß-Bewegungen, und wie die Bewegungen geplant sind im Gehirn vor der Ausführung. Zu diesem Zweck schufen Sie eine neuartige experimentelle Umgebung, die „Reach-Käfig.“ Erste Ergebnisse mit Rhesusaffen zeigen, dass weit entfernte Bewegung Ziele, die die Tiere haben zu gehen zu, die codiert werden in den gleichen Bereichen des Gehirns, die als nahe Ziele, noch bevor das Tier beginnt zu gehen. Dies bedeutet, dass die Bewegung-Ziele, nah und fern vom Körper und werden können, die aus der gleichen Hirnareale egal, wenn es das Ziel erfordert, gehen oder nicht. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden, zu entwickeln, zu Gehirn-Maschine-Schnittstellen, die Steuerung von smart homes. Die Forschung wird veröffentlicht in eLife.

Unser hoch entwickeltes Nervensystem ermöglicht eine vielseitige und koordiniert Bewegungsabläufe in komplexen Umgebungen. Wir bemerken nur, die Auswirkung auf unser tägliches Leben, wenn wir nicht mehr in der Lage, bestimmte Aktionen auszuführen, beispielsweise als Folge einer Lähmung, verursacht durch einen Schlaganfall. Ein neuartiger Ansatz, um den Patienten wieder die Kontrolle wäre Gehirn-computer-Schnittstellen, die in der Lage sind zu Lesen, Signale aus dem Gehirn. Solche Signale können verwendet werden als Steuersignale nicht nur für neuroprothetische Geräte, die darauf abzielen, direkt ersetzen die verlorenen motorischen Funktion, sondern auch für alle anderen EDV-Geräte wie smartphones, tablets oder smart home.

Die Entwicklung von Gehirn-computer-Schnittstellen baut auf jahrzehntelange Grundlagenforschung über die Planung und Steuerung von Bewegungen in der Großhirnrinde des Menschen und der Tiere, insbesondere der nicht-menschlichen Primaten. Bis jetzt haben Wissenschaftler solche Experimente meist zu untersuchen, die die Planung der kontrollierten hand-und arm-Bewegungen zu Zielen in der Nähe in unmittelbarer Reichweite. Aber diese Experimente sind zu eng, zu studieren action planning in großen realistischen Umgebungen, wie man zu Hause. Zum Beispiel, drehen auf der Licht-Schalter auf der gegenüberliegenden Wand sind verschiedene Arten von überlappenden Bewegungen mit Koordination von mehreren teilen des Körpers.

Experimentelle Einschränkungen, so weit vorgebeugt Wissenschaftler aus dem Studium neuronaler schaltkreise involviert in die Planung von Maßnahmen während der Ganzkörper-Bewegungen, da die Tiere müssen in der Lage sein, sich frei zu bewegen während das Gehirn-Aufnahmen. Die Beobachtung einer Kombination aus Wandern und erreichen Bewegungen, wie zum Beispiel im Fall von weit entfernten Zielen, erforderte ein völlig neues Experimentierfeld, das war noch nicht verfügbar. Die so genannte „Reach-Käfig“ bietet eine Testumgebung, die es erlaubt, zu registrieren und zu interpretieren, die Bewegung, das Verhalten und verknüpft es, um die damit verbundene Aktivität des Gehirns, während die Tiere in der Lage sind, sich frei zu bewegen unter stark kontrollierten Bedingungen.

Für das experiment, zwei rhesus-Affen wurden trainiert, um touch-Ziele in der Nähe oder Ferne von Ihre Körper. Für entfernte Ziele, eine gehende Bewegung war erforderlich, um das Ziel innerhalb der Reichweite. Ausleuchtung der einzelnen Ziele angewiesen, die Tiere, auf welches Ziel Sie berühren sollte. Verwenden mehrerer video-Kameras, die Bewegungen wurden beobachtet, in 3-D mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision. Sogenannte deep-learning-algorithmen wurden verwendet, um automatisch extrahieren Sie die Bewegungen von Kopf, Schulter, Ellenbogen und Handgelenk in 3-D von der video-Bilder. Gleichzeitig, die Aktivität des Gehirns aufgezeichnet wurde drahtlos, so dass die Tiere nicht nur in Ihren Bewegungen jederzeit. Durch die Messung der Aktivität von Hunderten von den Neuronen von 192 Elektroden in drei verschiedenen Regionen des Gehirns, ist es nun möglich, Schlussfolgerungen zu ziehen darüber, wie Bewegungen geplant und ausgeführt werden parallel.

Im Laufe des Trainings der Affen durchgeführt erreichen und Bewegungen zu Fuß, mit zunehmenden Vertrauen und optimiert deren Verhalten zu erreichen, hohe Präzision, auch wenn die Ziele in einem größeren Abstand. „In der video-Analyse-wir können Sie verfolgen die Bewegungen sehr genau. Die drahtlos erfasst Gehirn Signale so präzise und deutlich, dass die Aktivität von einzelnen Neuronen untersucht werden können und verbunden zu Verhalten“, sagt Michael Berger.