Ist es möglich, die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen einem Gehirn und einem Glied zu imitieren?

Menschliche Muskeln werden durch Aktionspotentiale gesteuert, die entlang der Nerven wandern. Unten sehen Sie ein Bild einer Reihe von Aktionspotentialen, die vom Gehirn in eine Empfindung entschlüsselt oder von einer Muskelgruppe als Befehl interpretiert werden.

Ich bin interessiert, ob es möglich ist, eine solche Aktionspotentialsequenz aufzuzeichnen und dann für diese Person "zurückzuspielen". Bewegt eine Person beispielsweise ein Bein, wird eine Aufzeichnung von Aktionspotentialen gemacht. Kann eine solche Aufzeichnung auf die Nerven zurück übertragen werden, um eine Bewegungsillusion zu erzeugen oder die Muskelbewegung zu wiederholen?

Aktionspotentiale

Antworten (1)

Kurze Antwort Die
Nachahmung von Aktionspotentialen ist möglich, aber nicht der praktischste Ansatz.

Hintergrund
Im Allgemeinen erfolgt die Stimulation von Nervengewebe durch das Platzieren von Elektroden in der Nähe des Zielgewebes und das Anlegen kurzer Stromimpulse, z . B. Herzschrittmacher, Cochlea-Implantate, Netzhautimplantate (Rao & Chiao, 2015) sowie Muskelstimulatoren .

Die elektrische Langzeitstimulation von Geweben beim Menschen wird mittels zweiphasiger Impulse erreicht, so dass eine Phase den von der anderen injizierten Strom umkehrt. Solche alternativen Stromstimuli werden als ladungsausgeglichene Impulse bezeichnet und werden verwendet, da die Stimulation mit Gleichstrom (DC) Nervengewebe schädigen kann (Bahmer & Baumann, 2013) . Bei Tieren und Kurzzeitanwendungen können andere asymmetrische und unausgeglichene Impulsformen angewendet werden.

Zweitens induzieren externe elektrische Reize elektrische Felder, so dass Neuronen depolarisiert werden und anfangen, ihre eigenen Aktionspotentiale abzufeuern. Das Nachahmen von Aktionspotentialen macht daher wenig Sinn. Es ist ein einfacherer Ansatz, das System extern zu aktivieren und die Dinge danach physiologisch entwickeln zu lassen, um die normale neuronale Verarbeitung aufrechtzuerhalten.

Aber am Ende könnte man natürlich eine Nadelelektrode in Neuronen stecken und versuchen, die Spannungsänderungen im Laufe der Zeit wie in einem Aktionspotentialzug nachzuahmen, zum Beispiel durch die Anwendung von Voltage-Clamp- Techniken. Trotzdem bleibe ich lieber bei State-of-the-Art-Anwendungen und setze externe biphasische Impulsfolgen ein und überlasse die Details dem neuronalen Gewebe.

Referenzen
- Bahmer & Baumann, Hear Res (2013); 306 : 123–30
– Rao & Chiao, IEEE Microwave Magazine (2015); 16 (2): 54-64

Ich möchte hinzufügen, dass es derzeit absolut unmöglich ist, eine intrazelluläre Aufzeichnung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, ohne völlig still zu sein. Extrazelluläre Stimulation ist um ein Vielfaches praktischer.
@BryanKrause - Du hast vollkommen recht. Aber ich möchte es lieber nicht in die Antwort aufnehmen, da die chronische Stimulation nicht wirklich im Mittelpunkt der Frage steht.
Ist es möglich, die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen einem Gehirn und einem Glied zu imitieren?
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