Damit sich vollständig Gelähmte wieder selbständig bewegen können werden Mensch-Maschine-Verbindungen gebaut. Elektroden im Gehirn sollen besonders genau arbeiten. Zum erstenmal hat man das jetzt getestet.
Einen Rollstuhl allein mit Gedankenkraft und drahtlos im Raum steuern – im Affenversuch ist dies jetzt gelungen. uber die ins Gehirn implantierte Gehirn-Computer-Schnittstelle (Brain-Machine-Interface, BMI) berichten jetzt Wissenschaftler in der Zeitschrift „Scientific Reports“, die schon vor zwei Jahren mit ihrem „The Walk Again Project“ fur Aufsehen gesorgt haben, als sie einen Gelähmten mit einem gedankengesteuerten – allerdings nicht ins Gehirn implantierten – Exosklett ausrusteten und zum Eroffnungsspiel der Fußball-Weltmeisterschaft uber den Rasen von Rio spazieren ließen. Die Forschergruppe um Miguel Nicolelis von der Duke University Medical School in Durham (North Carolina) sehen auch in implantierten Elektroden eine Option, vollständig gelähmten Menschen kunftig Bewegungsmoglichkeiten zu verschaffen. Unabhängige Experten erwarten bis dahin allerdings noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit.
Die Wissenschaftler um Miguel Nicolelis hatten zwei Rhesus-Affen mehrere Elektrodenbundel in verschiedene, fur Bewegung verantwortliche Hirnbereiche in den somatosensorischen und motorischen Arealen der Großhirnrinde implantiert. Die Aktivität von mehr als hundert Nervenzellen aus beiden Hirnhälften wurden so elektronisch „ausgelesen“. Die gesunden, nicht gelähmten Tiere wurden nach dem Einpflanzen der Elektroden fur die Versuche in eine Box auf Rädern gesetzt. Zunächst wurde dieser Roboter-Rollstuhl ganz ohne ihr Zutun zu einer Schale mit leckeren Trauben gefahren. Bald lernten die Affen, den Rollstuhl mit Hilfe der via BMI ubersetzten Hirnaktivierungsmuster selbst zu steuern, um zu der Traubenschale zu gelangen. Dabei verbesserten sie die Kontrolle uber das Gefährt zunehmend.
Nervensignale, die direkt aus dem Gehirn kommen und zur Steuerung der Rhesusaffen-Rollstühle verwendet wurden.
„Die Ergebnisse zeigen uns, dass im Hirn befindliche BMIs in Zukunft auch bei schwerst gelähmten Menschen die Mobilität des gesamten Korpers wieder herstellen konnten“, sagt Nicolelis. Iplantierte Elektroden fur BMIs wurden auch bei Menschen bereits verwendet. In vielen Fällen hat man bislang schon versucht, die gewunschten elektrischen Nervenimpulse von der Kopfhaut durch Hauben mit eingelassenen Elektroden abzuleiten, ohne Eingriff ins Gehirn selbst. Dabei wurden jedoch vor allem die neuronalen Impulse fur Hand- und Fingerbewegungen „gelesen“ und dann auf die Bedienung eines Joysticks oder einer Armprothese ubertragen.
Dass nun erstmals eine dem Hirn zuvor unbekannte Ganzkorperbewegung – das Steuern eines Rollstuhls im Raum – ubersetzt wird, bewerten Experten als Fortschritt. „Neu daran ist, dass ein technisches Gerät bewegt wird, das zuvor keine Repräsentanz im Kortex hatte“, sagt Gabriel Curio, Fachmann fur Neurophysik an der Berliner Charit . Allerdings gebe es einige Einschränkungen: Da es sich nicht um gelähmte Affen gehandelt habe, sei nicht auszuschließen, dass auch sensorische Neuronenimpulse, etwa von minimalen Armbewegungen, beigetragen haben. Diesen Punkt wollen die amerikanischen Forscher in weiteren Studien uberprufen.
Der braslianisch-amerikanische Neuroprothesenforscher Miguel Nicolelis mit seinem Exoskeleton, das er zur Eröffnung der Fußball-WM präsentierte.
Alexander Gail, Experte fur sensomotorische Neurowissenschaften an der Universität Gottingen, sieht vor allem einen Fortschritt durch die Funkubertragung, die Kabel uberflussig mache. Sie sei sowohl fur invasive BMIs als auch fur Neuroprothesen wichtig. „Richtig toll kommt dieser Vorteil allerdings erst dann zum Tragen, wenn die Technik so klein sein wird, dass sie komplett unter der Haut bleiben kann.“
Inwieweit gelähmte Patienten bereit sind, sich Elektrodenkonstrukte ins Hirn einsetzen zu lassen, ist offen. „Das hängt ganz vom Patienten ab und seiner personlichen Risiko-Nutzen-Abwägung“, so Curio, dessen Team mit EEG-basierten, nicht invasiven BMIs arbeitet. In der aktuellen Studie schreiben die Forscher, dass Umfragen zufolge gut zwei Drittel der Betroffenen implantierte Elektroden zur Kontrolle von Geräten akzeptieren wurden.
Mogliche Risiken der invasiven Technik seien Vernarbungen in der Hirnrinde, die epileptische Anfälle hervorrufen konnten, oder auch Infektionen, erklärt Curio. „Hier konnte aber die technische Entwicklung, etwa von besonders weichen, anpassungsfähigen und auch langfristig gewebeverträglichen Elektroden, in Zukunft weiterhelfen.“ Fur die ebenfalls invasive Tiefenhirnstimulation, eine Art Hirnschrittmacher vor allem fur Parkinson-Kranke, haben sich weltweit bereits Zehntausende Patienten entschieden.