Wissenschaftler nutzten künstliche Intelligenz (KI), um das Gehirn einer Maus zu lesen, während diese sich einen Videoclip ansah – und dann zu rekonstruieren, was sie sah.
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (EPFL) haben einen neuen Algorithmus für maschinelles Lernen entwickelt, um Gehirnsignale in Videos zu übersetzen.
Der Algorithmus mit dem Namen CEBRA (und ausgesprochen Zebra) hat das Potenzial, die verborgene Struktur in vom Gehirn aufgezeichneten Daten aufzudecken und komplexe Informationen vorherzusagen.
In einem Experiment gelang es Forschern, mit der neuartigen Technik einen von einer Maus gesehenen Film zu rekonstruieren.
„Wir stellten uns die Frage: Können wir allein anhand der neuronalen Daten tatsächlich rekonstruieren, was das Tier beobachtete?“ sagte Mackenzie Mathis, Neurowissenschaftlerin an der EPFL.
„Wir haben unseren neuen Algorithmus CEBRA verwendet, um diese latente Darstellung des Einbettungsraums zu erstellen. Und dann können Sie diesen Einbettungsraum nehmen und ihn im Wesentlichen als Grundlage für einen neuronalen Decodierungsalgorithmus verwenden und dann genau die Sequenz von Bildern vorhersagen, die die Maus beobachtet hat.“ .
Das Forschungsteam nutzte CEBRA, um Gehirnsignale und Filmmerkmale aus den am Allen Institute in Seattle im US-Bundesstaat Washington aufgezeichneten Gehirndaten abzubilden.
Die Washingtoner Forscher hatten Mäusen einen Schwarz-Weiß-Filmausschnitt gezeigt, in dem ein Mann zu einem Auto rennt und den Kofferraum öffnet.
Die Gehirnsignale von Mäusen wurden über Elektrodensonden gemessen, die in die visuelle Kortexregion eingeführt wurden. Bei gentechnisch veränderten Mäusen wurden optische Sonden eingesetzt, damit die Neuronen der Mäuse bei der Informationsübertragung grün leuchten, während sie den Film passiv anschauen.
Experten sagen, dass dies angesichts des wachsenden Interesses an der Hirnforschung ein gängiges Verfahren der Gentechnik sei.
„Es gibt eine Technologie namens Optogenetik, bei der man genetische Marker verwendet, die man in die Maus gezüchtet hat (…), sodass sie keinerlei Auswirkungen auf die Maus haben“, sagte Dr. Nadia Rosenthal, wissenschaftliche Direktorin und Professorin am Jackson Laboratory für Säugetiergenetik.
„Die Maus weiß nicht einmal, dass sie da ist. Sie ermöglicht es Ihnen, zu verfolgen, wann ein Nerv feuert oder nicht. So können Sie tatsächlich das feuernde Nervennetzwerk im Gehirn beobachten“, sagte sie gegenüber Euronews Next.
Gedankenlesende KI
CEBRA zeichnet sich durch ein hohes Maß an Genauigkeit aus – der von der KI rekonstruierte Film entsprach fast vollständig dem Original, mit einigen leichten Verzerrungen.
„Mit diesem Algorithmus könnten wir dies bei diesen Filmen mit einer Genauigkeit von über 95 Prozent tun. Wir glauben, dass dies eine Art erster Beweis dafür ist, dass es tatsächlich möglich ist, diese Decodierung im Stil einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle durchzuführen“, sagte Mathis.
Forschern in anderen Teilen der Welt gelang kürzlich ein Durchbruch bei der Entschlüsselung von Gehirnsignalen mithilfe von KI. Erst letzte Woche stellte ein Team in Austin, Texas, ein System vor, das die Gehirnaktivität einer Person in einen kontinuierlichen Textstrom übersetzen kann.
Eine weitere Studie im März eines Teams der Universität Osaka in Japan enthüllte, wie KI Gehirnscans lesen kann, um Bilder wiederherzustellen, die eine Person gesehen hat.
Es ist noch nicht möglich, das, was ein Mensch sieht, allein anhand von Gehirnsignalen vollständig zu rekonstruieren, aber seine Entwickler glauben, dass CEBRA klinische Anwendungen über die Neurowissenschaften hinaus haben könnte.
„Es könnte für Dinge wie visuelle Neuroprothetik, möglicherweise die Wiederherstellung des Sehvermögens oder für Armbewegungen verwendet werden. Also diejenigen Patienten, die gelähmt sind oder auf diese Weise eine Wiederherstellung oder sogar Verbesserung wünschen“, fügte Mathis hinzu.
Rosenthal stimmt zu, dass Technologien wie CEBRA großes Potenzial haben.
„Wir verfügen jetzt über außerordentlich viele neue Technologien, die es uns ermöglichen würden, zu beobachten, was im Gehirn der Maus vor sich geht“, sagte Rosenthal.
„Es hilft sehr, dass wir diese kleinen Marker entwickeln können, die es uns ermöglichen, Dinge zu verfolgen, während sie geschehen, ohne die Maus töten zu müssen, um das Gehirn zu öffnen“, fügte sie hinzu.
Weitere Informationen zu dieser Geschichte finden Sie im Video im Mediaplayer oben.