Neurowissenschaften Forscher können die Gedanken von Mäusen lesen

Ein neues Programm kann aus Hirnsignalen einer Maus entschlüsseln, was sie gerade sieht. Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben so einen Film aus dem Gehirn einer Maus rekonstruiert, wie die Hochschule mitteilte.

Keystone-SDA, ceel, sda

03.05.2023, 17:00

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Der neue Algorithmus wurde am Mittwoch im renommierten Journal «Nature» der Fachwelt vorgestellt.

Beim schauen eines Films feuern im Gehirn Millionen von Neuronen. Sie reagieren auf verschiedene Merkmale: Auf Objekte, Farben, Texturen oder auch Emotionen, die beim Anschauen und Verstehen des Films hervorgerufen werden. Forschende können dabei jedoch immer nur einen kleinen Teil des Gehirns untersuchen.

Diese Lücke haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der EPFL nun mit einem auf künstlicher Intelligenz basierenden Programm namens «Cebra» gefüllt. Der neue Algorithmus lernt die versteckte Struktur im neuronalen Netz. Kennt er einen kleinen Teil der Daten, kann er die restlichen Vorhersagen. Mit den Daten von weniger als einem Prozent der Neuronen kann «Cebra» so zeigen, was eine Maus mit ihren Augen sieht.

Nur leichte Verzerrungen

Für die Studie liessen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Mäuse einen Schwarz-Weiss-Film aus den 1960er Jahren schauen, in dem ein Mann zu einem Auto läuft und den Kofferraum öffnet. Auf einem Bildschirm konnten sie die Rekonstruktion des Filmes durch die Augen der Mäuse sehen. Der von «Cebra» rekonstruierte Film stimmte dabei fast vollständig mit dem Original überein. Mit der Ausnahme einiger leichten Verzerrungen.

Bereits vor etwa 10 Jahren war es möglich, einfache Formen aus den Gehirnen von Tieren oder Menschen zu entschlüsseln. «Aber jetzt sind wir an einem Punkt angelangt, an dem wir buchstäblich Filmbilder entschlüsseln können, was noch nie zuvor gelungen ist», sagte Studienautorin Mackenzie Mathis.

Zudem testeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den «Cebra» in weiteren Bereichen. So schaffte er es auch, mit Hirndaten vorherzusagen, welche Bewegung Primaten durchführen werden, und sie konnte die Position von Ratten beim Herumlaufen in einer Arena rekonstruieren.

Mit Gedanken Maschinen steuern

Die Arbeit ist laut Mathis ein Schritt in Richtung Entwicklung sogenannter Brain-Machine-Interfaces, die auf der Fähigkeit basieren, die Signale des Gehirns in Steuersignale für Geräte oder Maschinen zu übersetzen. Damit sollen künftig Prothesen oder sogar Computer und Drohnen mit Gedanken gesteuert werden.

Zudem sehen die Forscherinnen und Forscher klinische Anwendungen. Das maschinelle Lernverfahren kann verwendet werden, um die versteckte Struktur in neuronalen Codes zu lernen und damit das Verständnis dafür zu verbessern, wie das Gehirn Informationen verarbeitet.