Hersenen van ratten verbonden over twee continenten

In een experiment dat recht uit een science fiction boek lijkt te komen, hebben onderzoekers de hersenen van twee ratten verbonden zodat als de eerste rat op een bepaald hendeltje drukt, de andere dat meestal ook doet. En dat zelfs als ze op verschillende continenten verblijven.
Katie Zhuang, Laboratory of Dr.Miguel Nicolelis/Duke University

Hersenspecialist Miguel Nicolelis en andere geleerden van de Amerikaanse Duke University vroegen zich af: "Kunnen we het brein om de tuin leiden? Kunnen we de hersenen signalen van een ander lichaam laten verwerken?" Het antwoord is ja volgens Nicolelis.

Voor het experiment werden beide ratten uitvoerig getraind, met water als beloning. De ene rat, de coderende rat, leerde om een van twee hendels in te drukken, de rechter of de linker, al naar gelang boven welke hendel er een lichtje ging branden.

De tweede rat, de decoder, leerde eerst hetzelfde, maar ging daarna over tot het volgen van de stimulering van zijn hersenen door de andere rat.

Daarvoor werden ontvangende elektroden ingeplant in de primaire motorische cortex, -het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de programmering en het uitvoeren van bewegingen - van de coderende rat, en stimulerende elektroden bij de decoderende rat.

Vervolgens werd het patroon van de hersenactiviteit van de coderende rat, op het ogenblik dat zij op de linker of rechter hendel drukte, doorgestuurd naar een computer die het vereenvoudigde en doorstuurde naar de decoderende rat. Dei drukte dan in 64 procent van de gevallen op de corresponderende hendel. Dat is niet echt veel, maar in elk geval hoger dan wanneer enkel het toeval zou spelen.

AP2002

Brazilië

De onderzoekers herhaalden het experiment met een andere opstelling, waarbij de ratten een onderscheid moesten maken tussen een smalle en een brede opening. Daarvoor werden de elektroden ingeplant in een ander deel van de hersenen, de somatosensibele schors, die gegevens van de tastzin verwerkt. 

Daar behaalden ze hetzelfde resultaat, zelfs als de ene rat in een laboratorium in de Duke University in North Carolina zat, en de andere in een labo in Natal in Brazilië.

Duidelijker en sneller

Het samenspel tussen de ratten leidde nog tot interessant gedrag. De coderende rat kreeg een extra beloning als de decoderende rat de juiste hendel indrukte, en daarom begon ze bewegingen te maken die gerichter, gelijkmatiger en sneller waren dan in het begin. 

Daardoor kwam er in de hersenactiviteit meer "signaal" tegenover "ruis", en dat gaf onbedoeld een duidelijker signaal aan de ontvangende rat. Met als resultaat dat die het meer goed had, en dat de verzendende rat meer beloningen kreeg.

"Heel simplistisch"

Veel van het werk van doctor Nicolelis is gerciht op het maken van een exoskelet, een uitwendig skelet, dat iemand die verlamd is, zou kunnen bedienen met zijn hersenen. Dit experiment houdt daar niet direct verba,nd mee, zo zei hij, maar het helpt het vermogen te verfijnen om signalen van de hersenen te lezen en te vertalen. Dat is een belangrijk onderdeel van het maken van protheses die verbonden zijn met de hersenen, en een terrein waarop de wetenschap grote vooruitgang boekt. 

De resultaten van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Report en de reacties erop zijn gemengd. Ron D. Frostig,  een hersenspecialist van de University of California, Irvine, noemde het een "verbazingwekkende" studie die "prachtig bewijs leverde" voor het principe dat informatie van het ene brein naar het andere kan overgebracht worden in "real time", niet door gedachtelezen of telepathie maar door het overbrengen van de impuls om te handelen. 

Andrew B. Schwartz, een specialist van de University of Pittsburgh, daarentegen was niet onder de indruk. Hij noemde in de New York Times het werk "zeer simplistisch" en wees erop dat de rat maar zeven keer op de tien de juiste hendel indrukte terwijl ze dat, puur op goed geluk, vijf op de tien keer zou doen.