Bahnbrechende Parkinson-Forschung mit intelligenten Robotern

„Brain-bot“ wird durch Computermodell der Basalganglien gesteuert

Forscher der haben einen so genannten „Brain-bot“ konstruiert. Brain-bots sind Roboter, die zum Teil von Computermodellen der menschlichen Gehirnschaltungen gesteuert werden. Sie sollen Forschern zu einem besseren Verständnis der Hirnfunktion verhelfen – in diesem Fall über die Parkinson-Erkrankung, Schizophrenie und das Tourette-Syndrom.

Die Forscher bauten einen Roboter, der durch ein Computermodell der Basalganglien gesteuert wird. Die Basalganglien spielen für Bewegungsabläufe eine zentrale Rolle. Die Parkinsonsche Erkrankung ist ein Beispiel für eine Schädigung der Basalganglien. Bei einer Störung der Basalganglien kommt es entweder zu Bewegungsstörungen, die mit der Initiierung und strategischen Planungen von Bewegungen (oder deren Verlust) zusammenhängen, oder zu Bewegungstörungen, die unbeabsichtigte überschießende Bewegungen beinhalten. Mit Hilfe des Robotermodells können die Wissenschaftler beobachten, wie sich Veränderungen in den Basalganglien auf das Verhalten auswirken.

Bislang haben die Wissenschaftler mit Unterstützung des Roboters untersucht, wie sich eine Veränderung des Botenstoffes Dopamin auf die Funktion der Basalganglien und in der Folge auf das Verhalten auswirkt. „Ein niedriger Dopamin-Spiegel bei Parkinson war bereits bekannt, auch eine abnorme Dopamin-Funktion bei Schizophrenie- und Tourette-Syndrom-Patienten“, erklärte Tony Prescott von der Abteilung für Psychologie. Allerdings wüsste man noch zu wenig über den Einfluss von Dopamin auf die Basalganglien. Hier kommt der Roboter ins Spiel. Er ersetzt Ratten, die häufig für die theoretische Erforschung der Funktion der Basalganglien herangezogen werden. „Der Roboter ist so programmiert, dass er wie eine Ratte agiert“, so Prescott.

Wurde Dopamin im System gesenkt, hatte der Roboter Probleme, Bewegungen zu initiieren, zeitweise stoppte der Roboter zur Gänze. Im Allgemeinen waren die Bewegungen schwerfällig und die Symptome ähnelten jenen von Parkinson-Patienten. Im Gegensatz dazu führte eine Dopamin-Erhöhung dazu, dass der Roboter zum Teil zwei Bewegungen gleichzeitig ausführen wollte oder während einer laufenden Bewegungen mit einer neuen ansetzte.

In Zukunft sollen Roboter mit simulierten Gehirnschaltungen die Identifizierung und Simulation neuer Behandlungsformen für Hirnschädigungen unterstützen. „Noch sind Brain-bots eine neue Technologie, haben aber in Zukunft großes Potenzial in der Bio-Forschung“, so Prescott.