Hirn-zu-Hirn-Interface: Neurowissenschaftler erstellen erstmals „soziales Netzwerk“ zwischen den Gehirnen dreier Personen

Andreas Müller

01/10/201801/10/2018 aktualisiert 4 min

Schematische Darstellung des BrainNet.
Copyright: Rao, Stocco et al., via ArXiv.org 2018

Seattle (USA) – Nachdem ihnen schon 2013 erstmals gelungen war, zwei Hirne miteinander zu verbinden, berichten US-Neurowissenschaftler nun von einem weiteren Meilenstein in dem Bestreben, die Gehirne von Menschen unmittelbar und non-inversiv miteinander zu verknüpfen und haben erfolgreich das erste Netzwerk aus drei miteinander verbundenen Gehirnen erstellt.

Während zuvor Wissenschaftler der Duke University die Hirn-zu-Hirn-Kommunikation zwischen zwei Ratten (…GreWi berichtete) und Harvard-Forscher eine solche Verbindung zwischen Mensch und Ratte demonstrieren konnten, war es Rajesh Rao und Andrea Stocco von der University of Washington 2013 erstmals gelungen, eine non-invasive Verbindung zweier menschlicher Gehirne, ein sogenanntes Hirn-zu-Hirn-Interface, herzustellen und damit die Bewegungen des einen Forschers durch die Hirnsignale eines Kollegen zu steuern (…Grewi berichtete, siehe Video f.).

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In ihrem auf Video aufgezeichneten Experiment spielte Rao in einem Laborzimmer rein gedanklich ein Computerspiel – stellte sich dabei also lediglich vor, im richtigen Moment eine Taste zu drücken, mit der für gewöhnlich in dem Spiel eine Kanone abgefeuert wird. Stocco, der abgeschirmt in einem anderen Zimmer an einer Computertastatur saß, bewegte in nahezu eben diesem Moment ebenfalls seinen Zeigefinger und bediente somit besagte Abschuss-Taste – ohne dies jedoch aus eigenem Antrieb heraus beabsichtigt zu haben. Verbunden waren die beiden Forscher bei diesem Versuch nur über die non-invasiven Elektroden- und Sondenmützen.

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Das jetzt von den Forschern vorab via ArXiv.org beschriebene „BrainNet“ basiert grundsätzlich auf den gleichen Prinzip: Mittels einer non-inversiven Elektroenzephalografie-Sondenhaube (EEG) wird die Hirnaktivität einer Person ermittelt und die Daten dann mittels transkranieller Magnetstimulation ebenfalls via Sondenhaube auf bzw. in das Gehirn einer anderen Person übertragen, wo sie entsprechende Reaktionen (siehe Video) auslösen. Jetzt allerdings erweiterten die Forscher die bisherige Hirn-zu-Hirn-Kommunikation zu einem Netzwerk, an bzw. in dem auch weitere Personen beteiligt sein können.

Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern nun, eine auf diese Weise miteinander verbundene kleine Gruppe aus bislang drei Personen gemeinsam eine vereinfachte Variante des bekannten Computerspiels Tetris zu spielen. Die Anzahl an Teilnehmern könne aber beliebig erweitert werden – man brauche dazu lediglich genügend EEG- und TMS-Instrumente.

In den Experimenten gab es zwei „Ab-Sender“ (EEG) und eine Empfänger-Person (TMS) in jeweils voneinander getrennten Räumen, die jedoch gemeinsam ein Computerspiel spielen sollten, bei dem – ganz nach dem bekannten Tetris-Prinzip – fallende geometrische Blöcke jeweils richtig rotiert und passend aufeinander gestapelt werden müssen, bevor sie am Boden des Bildschirms ankommen (s. Abb.f.).

Während die beiden „Ab-Sender“ den gesamten Bildschirm sehen konnten, waren sie in der Lage, durch das Betrachten einer mit einer 15 Hz-Frequenz aufblinkende LED-Lampe und die dadurch erzeugten Hirnsignale das Signal zu senden, entweder den fallenden Block um 180 Grad zu rotieren oder durch das Blicken auf eine mit 17 Hz-aufblinkende LED-Lampe das Signal zum Beibehalt der Ausrichtung des fallenden Blocks zu übermitteln.

Der Empfänger hingegen hatte eine andere Aufgabe: Er konnte nur die obere Hälfte des Spielbildschirms sehen – wusste also nicht, ob der Block rotiert werden musste oder nicht, um in die Lücke am Boden des Bildschirms zu passen (s. Abb.f.). Mittel der TMS-Haube erhielt der Empfänger nun aber die Signale der beiden Sender, anhand derer er den Block „rotieren“ oder „nicht rotieren“ sollte. Die Signale selbst bestanden dabei lediglich aus einem einzelnen Phosphen, also einem (Licht-)Reiz auf das Auge, den Sehnerv oder den visuellen Cortex, der im Gehirn erzeugt wird, für den Fall, dass der Block rotiert werden sollte. Das Ausbleiben dieses Reizes zeigte an, dass der Block nicht zu rotieren ist. Die Datenübertragungsrate lag also mit einem Bit pro gewünschter Interaktion sehr niedrig. Nachdem der „Empfänger“ die Signale der beiden „Ab-Sender“ erhalten hatte, sollte er die angezeigte Aktion ausführen.

Da die Sender aber auch den Boden des Bildschirm (und somit also auch das Ziel einer jeden Spielrunde) sehen konnten, konnten sie auch überprüfen, ob der Empfänger ihre Vorgabe richtig oder falsch verstanden bzw. umgesetzt hatte und konnten, so notwendig, mit einer erneuten Übertragung nochmals korrigierend eingreifen.

Bildschirmbeispiele dessen, was Empfänger (links) und Ab-Sender (rechts) im Laufe zweier Spielrunden sehen: Die erste Reihe zeigt den Bildschirm zu Beginn des Spiels. Beachten Sie, dass der Empfänger den Boden – und damit die Lücke – nicht sieht. Er muss sich also auf die Signale der Ab-Sender verlassen um den Block entweder zu drehen oder zu belassen, um ihn in Tetris-Manier passend in der Bodenlücke zu platzieren und so die unterste Reihe zu löschen. Die mittlere Reihe zeigt die Bildschirmansichten während der Entscheidungsphase, die in diesem Fall eine Rotation des Blocks verlangt. Die unteren beiden Bilder zeigen das Spiel nach der zweiten Runde, nach dem alle Teilnehmer dann das Ergebnis der Aktion des Empfängers sehen können. In diesem Fall hat der Empfänger eine korrigierende Aktion ausgeführt und den Block nochmals rotiert, um so die Lücke korrekt zu füllen.
Copyright: Rao, Stocco et al., via ArXiv.org 2018

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass zukünftig Hirn-zu-Hirn-Interfaces möglich sein werden, mit denen mittels miteinander verbundener Gehirne mehrere Individuen zu gemeinschaftlichen Problemlösungen beitragen können.“ Die Forscher zeigen sich zugleich auch zuversichtlich, dass zukünftig auch wesentlich komplexere Hirn-zu-Hirn-Netzwerke möglich sein werden. So gebe es beispielsweise keinen Grund, warum das Experiment nicht auch über größere Entfernungen und sogar via Internet „gespielt“ werden könne:

„Ein Cloud-basierter Hirn-zu-Hirn-Interface-Server könnte beispielsweise direkt Informationsübertragungen mittels der hierzu notwendigen Instrumente ermöglichen und so Cloud-basierte Interaktionen zwischen Gehirnen auf globaler Ebene ermöglichen“, so Stocco und Kollegen und führen dazu abschließend weiter aus: „Die weitere Verfolgung der Idee von Hirn-zu-Hirn-Interfaces hat nicht nur das Potential, neue Grenzen der zwischenmenschlichen Kommunikation und Zusammenarbeit zu öffnen, sie ermöglicht uns auch neue und tiefere Erkenntnisse über das menschliche Gehirn.“

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