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Da die Fortschritte schneller sind als in jedem anderen Bereich der Wissenschaft, hat sich in den Neurowissenschaften im Jahr 2019 viel getan. Hier sind drei wirklich umwerfende Bereiche der neurowissenschaftlichen Forschung, die unsere Vorurteile darüber, wer wir sind oder sein könnten, in Frage stellen.
Während wir sprechen, bauen Neurowissenschaftler am Max-Planck- Institut für evolutionäre Anthropologie buchstäblich „Miniaturgehirne“, die genetisch mit mehreren Versionen der Neandertaler-DNA veredelt sind. Mithilfe der futuristischen Bottom-up-Biotechnologie namens CRISPR diese linsengroßen Minigehirne Ansammlungen lebender Neuronen enthalten, die aus Stammzellen gezüchtet wurden und echte Gehirnaktivität ausführen.
Obwohl sie zu klein sein werden, um komplexe Verhaltensweisen wie Kommunikation auszulösen, wird erwartet, dass sie Unterschiede in der grundlegenden Gehirnaktivität offenbaren, die Neandertaler möglicherweise hatten. Auf diese Weise stellt die Genetik eine Art historisches Teleskop für die Neurowissenschaften dar, das einen Einblick in die Funktionsweise antiker Gehirne ermöglicht. All dies aus DNA, die seit Zehntausenden von Jahren in Knochenfragmenten konserviert ist.
Und wenn Sie glauben, dass dies so einfach ist wie ein paar Zellen in einer Petrischale, dann denken Sie noch einmal darüber nach. Die deutschen Forscher planen, die Neandertaler-Minigehirne an Roboter anzuschließen, um Verhaltensausdrücke zu beobachten. Sogar noch ehrgeiziger als die Handlung eines futuristischen Science-Fiction-Films, wenn es gelingt, rätselt der Verstand einfach darüber, was in den kommenden Jahren möglich sein wird – Neandertaler-Roboter-Hausmädchen, irgendjemand?!
Eine der größten Herausforderungen für Neurowissenschaftler besteht darin, dass es sehr schwierig ist, lebende Gehirne zu untersuchen. Selbst bei kürzlich verstorbenen Gehirnen zerfallen die Neuronen in den Stunden nach dem Tod schnell und zerfallen buchstäblich. Um diese Herausforderung anzugehen, haben engagierte Neurowissenschaftler der Yale University eine bahnbrechende Biotechnologie namens BrainEx . Dieses High-Tech-Unterstützungssystem wurde entwickelt, um Gehirnzellen so am Leben zu erhalten, wie Haare und Fingernägel nach dem Tod weiter wachsen.
Um die Technologie auf die Probe zu stellen, verwendeten die Forscher BrainEx, um die synaptische Aktivität und Durchblutung eines Schweinehirns wiederherzustellen, das vier Stunden lang tot war. Dem Schwein wurde das Gehirn entnommen und mit einer künstlichen Blutversorgung unter Verwendung einer proprietären Mischung aus Schutz-, Stabilisierungs- und Kontrastmitteln wiederbelebt. Dies geschah kurz bevor die Zerstörung zellulärer und molekularer Funktionen einsetzte. Das Bild unten zeigt den Unterschied zwischen einem normalerweise zerfallenden Schweinehirn 10 Stunden nach dem Tod (links) und gesund aussehenden Zellen im wiederbelebten Schweinehirn (rechts).
Hier kommt der Zombie-Teil. Obwohl die Neuronen am Leben gehalten wurden, gab es in den Schaltkreisen des Gehirns keine übergeordnete funktionelle Aktivität – sie waren also gleichzeitig lebendig und tot. Dieser Wechsel von der Frankenstein-ähnlichen Fiktion zur Sachliteratur zeigt, wie die Neurowissenschaften große ethische Fragen vom Philosophischen zum Praktischen verändern können.
Die Biotechnologie ist jedoch nicht auf Zombieschweine beschränkt, sondern funktioniert im Prinzip mit allen Arten von Säugetiergehirnen … einschließlich Menschen! Der Durchbruch birgt großes Potenzial für die Verbesserung unseres Wissens darüber, wie unser eigener Geist funktioniert. Gleichzeitig scheint es beunruhigend nahe daran zu sein, die Toten wieder zum Leben zu erwecken.
Noch inspirierender ist, dass 2019 auch ein Computersystem entwickelt wurde, das Gehirnaktivität in synthetisierte Sprache übersetzen kann. Dabei werden die Bewegungen der an der Sprache beteiligten Muskeln über Nervenimpulse entschlüsselt, die durch elektrophysiologische Aktivität analysiert werden. Die Ergebnisse eines Experiments an der University of California in San Francisco zeigten, dass eine Prototypversion Sprache erfolgreich durch Muskelnervensignale interpretieren konnte, wenn langsam gesprochen wurde.
Die Forscher gehen davon aus, dass die Biotechnologie zu natürlichen Sprachgeschwindigkeiten , die bei etwa 150 Wörtern pro Minute liegen. Dennoch ist es schon bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass nur Gehirnsignale gemessen werden. Hier ist ein Video, das zeigt, wie Muster der Gehirnaktivität aus dem somatosensorischen Kortex des Sprechers, die in Bewegungen des Stimmtrakts dekodiert werden, dann als Sprache interpretiert werden können.
Viele Wissenschaftler haben bereits versucht, dieses Problem zu lösen, und sind gescheitert. Diese Forscher verfolgten einen neuen Ansatz, indem sie Modelle der künstlichen Intelligenz zur Erstellung von Simulationen des Stimmapparats erstellten. Tatsächlich lernte die KI sich dann selbst anhand einer Bibliothek von Sprachexperimentdaten und trainierte ihre neuronalen Netze, um Sprache aus Stimmbewegungen zu entschlüsseln. Diese Entwicklungen könnten wichtige Schritte bei der Simulation der menschlichen Biologie in Computerprogrammen für Forschungszwecke sein.
Aus medizinischer Sicht können viele Patienten mit Hals- oder neurologischen Erkrankungen wie Schlaganfällen oder Lähmungen ihre Sprachfähigkeit vollständig verlieren. Diese mit einem Smartphone gepaarte Neurotechnologie könnte es Stimmlosen ermöglichen, im Alltag in Echtzeit normal zu sprechen, indem sie einfach ans Sprechen denken.
Da die simulierte Stimme jedoch nur das Lesen eines kleinen Bereichs der Gehirnaktivität erfordert und die Sprache an praktisch jeden Computer gesendet werden könnte, könnte potenziell jeder still und verdeckt mit jedem kommunizieren, der ein Smartphone und Kopfhörer besitzt. Da dieses System bidirektional sein könnte, stellt es eine buchstäbliche neurotechnische Lösung für die menschliche Telepathie dar. Die Möglichkeiten sind endlos.
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