Eine multinationale Forschungsgruppe mit Wissenschaftlern aus China und Singapur hat ein künstliches Neuron entwickelt, das über den Neurotransmitter Dopamin kommunizieren kann. Ihre Kreation und Einsatzzwecke veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Electronics (hier der Link).
Wie die Gelehrten in dem vorgestellten Papier feststellen, sind die meisten Gehirn-Computer-Schnittstellen es stützt sich auf elektrische Signale als Kommunikationsmittel: im Allgemeinen unidirektionale Signale, die vom Gehirn gelesen und interpretiert werden.
In der neuen Studie machten die Forscher einen Schritt in Richtung der Realisierung einer Gehirn-Computer-Schnittstelle, die in beide Richtungen kommunizieren kann und vor allem nicht auf der Grundlage elektrischer Signale, sondern durch chemische Mediatoren.
Ein künstliches Neuron für den Beginn einer Revolution
Das vom Team geschaffene künstliche Neuron besteht aus einer einzelnen, sehr dünnen Schicht aus Graphen (Kohlenstoffatomen) und einer Kohlenstoff-Nanoröhren-Elektrode (wieder im Wesentlichen eine „Schicht“ aus Kohlenstoffatomen, die zu einer Röhre gerollt sind).
Dieser ersten Struktur wurde dann ein Sensor hinzugefügt, der das Vorhandensein von Dopamin erkennen kann, und ein weiteres Gerät namens Memristor, das stattdessen Dopamin freisetzen kann. Wie? Unter Verwendung eines wärmeaktivierten Hydrogels, das mit einem anderen Ende des künstlichen Neurons verbunden ist.
Die Tests im Labor
Die Forscher testeten die Kommunikationsfähigkeit ihres künstlichen Neurons, indem sie es in eine Petrischale mit einigen von einer Ratte gesammelten Gehirnzellen legten.
Und dort entdeckten sie das Beste. Das Gerät war in der Lage, das von den Gehirnzellen der Ratte erzeugte und gesendete Dopamin zu erkennen und darauf zu reagieren. Und nicht nur. Es war auch in der Lage, seinerseits Dopamin zu produzieren, das dann eine Reaktion in den Gehirnzellen der Ratte hervorrief.
In Tests konnten die Wissenschaftler sogar eine kleine Muskelprobe einer Maus aktivieren und Dopamin an ihren Ischiasnerv senden.
Genau wie Gehirnzellen kann der Memristor so programmiert werden, dass er je nach Anwendung unterschiedliche Mengen an Dopamin erzeugt und sendet.
Die Reduzierung dieser Technologie auf ein leichtes System ist derzeit nicht denkbar: Die Autoren der Studie erkennen selbst, dass ihre Konfiguration eher umständlich ist.
In seiner jetzigen Form könnte es aber bereits heute in einer Prothese eingesetzt werden.
Und morgen könnte es in der richtigen Größe Gehirn-Computer-Schnittstellen für immer verändern.
