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Da die Fortschritte in der Neurowissenschaft schneller voranschreiten als in jedem anderen Wissenschaftsbereich, hat sich im Jahr 2019 viel getan. Hier sind drei wirklich atemberaubende Bereiche der neurowissenschaftlichen Forschung, die unsere Vorstellungen davon, wer wir sind oder wer wir sein könnten, in Frage stellen.
Während wir hier sprechen, bauen Neurowissenschaftler am Max-Planck- Institut für evolutionäre Anthropologie buchstäblich „Miniaturgehirne“, die genetisch mit verschiedenen Varianten von Neandertaler-DNA ausgestattet sind. Mithilfe der zukunftsweisenden Biotechnologie CRISPRdiese linsengroßen Minigehirne Ansammlungen lebender Neuronen enthalten, die aus Stammzellen gezüchtet werden und echte Hirnaktivität zeigen.
Obwohl sie zu klein sein werden, um komplexe Verhaltensweisen wie Kommunikation zu erfassen, wird erwartet, dass sie Unterschiede in der grundlegenden Hirnaktivität aufzeigen, die Neandertaler möglicherweise besaßen. Auf diese Weise liefert die Genetik der Neurowissenschaft eine Art historisches Teleskop, das ihr einen Einblick in die Funktionsweise urzeitlicher Gehirne ermöglicht. All dies anhand von DNA, die in Knochenfragmenten über Zehntausende von Jahren erhalten geblieben ist.
Und wer glaubt, es handle sich um etwas so Simples wie ein paar Zellen in einer Petrischale … der irrt sich gewaltig. Deutsche Forscher planen, die Mini-Gehirne der Neandertaler mit Robotern zu verbinden, um deren Verhalten zu beobachten. Noch ambitionierter als die Handlung eines futuristischen Science-Fiction-Films – sollte das Projekt gelingen, sind die Möglichkeiten der kommenden Jahre schier unvorstellbar – Neandertaler-Roboter als Hausmädchen, wer hätte das gedacht?!
Eine der größten Herausforderungen für Neurowissenschaftler besteht darin, lebende Gehirne zu untersuchen. Selbst bei Gehirnen, die erst kürzlich verstorben sind, zersetzen sich die Neuronen innerhalb weniger Stunden nach dem Tod rasant. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelten ambitionierte Neurowissenschaftler der Yale University das wegweisende Biotechnologie-System BrainEx. Dieses Hightech-System soll Gehirnzellen am Leben erhalten, ähnlich wie Haare und Fingernägel nach dem Tod weiterwachsen.
Um die Technologie zu testen, nutzten die Forscher BrainEx, um die synaptische Aktivität und die Durchblutung eines vier Stunden toten Schweinehirns wiederherzustellen. Das Gehirn war dem Schwein entnommen und mit einer künstlichen Blutversorgung unter Verwendung einer firmeneigenen Mischung aus Schutz-, Stabilisierungs- und Kontrastmitteln wiederbelebt worden. Dies geschah kurz bevor die Zerstörung zellulärer und molekularer Funktionen einsetzte. Die Abbildung unten zeigt den Unterschied zwischen einem sich normalerweise zersetzenden Schweinehirn 10 Stunden nach dem Tod (links) und gesund aussehenden Zellen im wiederbelebten Schweinehirn (rechts).
Und nun kommt der Zombie-Teil. Obwohl die Neuronen aktiv blieben, gab es keine höheren kognitiven Funktionen in den Hirnschaltkreisen – sie waren also gleichzeitig lebendig und tot. Dieser Umschwung von einer Frankenstein-artigen Fiktion zur Realität zeigt, wie die Neurowissenschaften große ethische Fragen von der Philosophie in die Praxis übertragen können.
Die Biotechnologie beschränkt sich jedoch nicht auf Zombie-Schweine; prinzipiell funktioniert sie mit allen Arten von Säugetiergehirnen – auch mit menschlichen! Der Durchbruch birgt ein enormes Potenzial, unser Verständnis der Funktionsweise unseres eigenen Gehirns zu erweitern. Gleichzeitig scheint er der Wiederbelebung von Toten beunruhigend nahe zu kommen.
Erfreulicherweise wurde 2019 auch ein Computersystem entwickelt, das Hirnaktivität in synthetische Sprache umwandelt. Es dekodiert die Bewegungen der am Sprechen beteiligten Muskeln anhand von Nervenimpulsen, die mittels elektrophysiologischer Aktivität analysiert werden. Die Ergebnisse eines Experiments an der University of California, San Francisco, zeigten, dass ein Prototyp Sprache anhand von Muskel-Nervensignalen erfolgreich interpretieren konnte, sofern langsam gesprochen wurde.
zu verbessern natürliche Sprechgeschwindigkeiten. Das ist bereits bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass lediglich Hirnsignale gemessen werden. Hier ist ein Video, das veranschaulicht, wie Aktivitätsmuster des somatosensorischen Kortex des Sprechers, die in Bewegungen des Vokaltraktes dekodiert werden, als Sprache interpretiert werden können.
Viele Wissenschaftler haben bereits versucht, dieses Problem zu lösen, sind aber gescheitert. Diese Forscher verfolgten einen neuen Ansatz, indem sie Modelle der künstlichen Intelligenz (KI) zur Simulation des Vokaltrakts entwickelten. Die KI lernte quasi selbstständig anhand einer Bibliothek von Sprachdaten und trainierte ihre neuronalen Netze, um Sprache aus Stimmbewegungen zu entschlüsseln. Diese Entwicklungen könnten wichtige Schritte zur Simulation menschlicher Biologie in Computerprogrammen für Forschungszwecke darstellen.
Aus medizinischer Sicht können viele Patienten mit Hals- oder neurologischen Erkrankungen, wie beispielsweise Schlaganfall oder Lähmung, ihre Sprechfähigkeit vollständig verlieren. Diese Neurotechnologie, kombiniert mit einem Smartphone, könnte es Stimmlosen ermöglichen, im Alltag in Echtzeit normal zu sprechen, indem sie einfach an das Sprechen denken.
Da die simulierte Stimme jedoch nur die Aktivität eines kleinen Hirnareals erfasst und die Sprache an praktisch jeden Computer gesendet werden kann, könnte potenziell jeder unbemerkt und verdeckt mit jedem kommunizieren, der ein Smartphone und Kopfhörer besitzt. Da dieses System bidirektional funktionieren könnte, stellt es eine buchstäbliche neurotechnologische Lösung für menschliche Telepathie dar. Die Möglichkeiten sind grenzenlos.
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