Gesundheit : Bewegende Gedanken

Mit Hilfe eines Hirnimplantats kann ein Gelähmter einen Computer und einen Roboterarm steuern

Paul Janositz

Gedanken als Treibstoff. Durch bloßes Denken eine Last heben oder einen Computer bedienen. Was sich wie die Vollendung des menschlichen Trägheitsprinzips anhört, kann Kranken eine große Hilfe sein. Nämlich dann, wenn Muskelbewegungen nicht mehr möglich sind, bei völliger Lähmung nach Unfällen oder bei Krankheiten. Die Kontrolle eines Computers oder einer künstlichen Gliedmaße durch Hirnwellen kann dann das Tor zu einem aktiveren Leben sein.

Die Tür könnte ein Stück geöffnet sein, wenn sich die Resultate amerikanischer Wissenschaftler bestätigen. Im aktuellen Fachmagazin „Nature“ (Band 442, Seite 164) berichten Forscher um John Donoghue (Brown-Universität in Providence, Rhode Island) über Erfolge mit „Neuromotor-Prothesen“. Mit solchen auch als „Hirn-Computer-Schnittstelle“ bezeichneten Geräten sollen verloren gegangene Muskelfunktionen ersetzt werden.

Das geschieht durch Registrierung von Hirnsignalen und ihre Weiterleitung an bewegungsaktive Systeme. Etwa an Computer, die Mauszeiger auf Monitoren bewegen, aber auch an Prothesen, um Objekte greifen und transportieren zu können. „Mit unserem System lässt sich erstmals das Aktivitätsmuster einer ganzen Gruppe von Neuronen direkt im menschlichen Hirn über längere Zeit beobachten und aufzeichnen“, sagt Leigh Hochberg, Neurologe am Massachusetts General Hospital in Boston.

Dazu wurde einem 25-jährigen, seit drei Jahren vom Hals abwärts gelähmten Patienten ein mit 100 haarfeinen Elektroden bestückter Sensor in den Motor-Kortex eingesetzt. Das ist der Teil der Großhirnrinde, der Bewegungen steuert. Die Elektroden nehmen die Signale der Neuronen auf, die entstehen, wenn der Patient an Bewegung denkt.

Auf seinem Schädel sitzt ein grauer Würfel, der per Kabel mit einem Computer verbunden ist. Sobald die Neuronen feuern, werden die Impulse gelesen und von einer speziellen Software entschlüsselt. Dabei kann herauskommen, dass der Patient einen Cursor bewegen oder die Hand öffnen oder schließen will.

„Allein die Vorstellung erzeugt ähnliche Muster, als wenn die Bewegung tatsächlich ausgeführt wird“, sagt Andrea Kübler, Neurowissenschaftlerin an der Uni Tübingen. Sie gehört zum Team von Niels Birbaumer, das ebenfalls daran arbeitet, Gelähmten durch Kontrolle von Hirnströmen Kommunikation und Bewegung zu ermöglichen. Allerdings öffnen die Tübinger Forscher nicht den Schädel, um einen Sensor einzusetzen. Sie bestücken vielmehr die Kopfhaut von außen mit Elektroden, um die elektrischen Signale aufzuzeichnen, die durch den Schädel nach außen dringen.

Diese Methode erspart dem Patienten zwar die Operation, doch die Hirnstromkurve (Elektroenzephalogramm, EEG) ist weniger aussagekräftig als die direkt im Gehirn, am Ort des Geschehens, aufgezeichneten Aktivitätsmuster der Neuronen. „Dabei gibt es viele Störsignale“, sagt Kübler. Das mindere den verwertbaren Informationsfluss. Je komplexer aber die gewünschte Bewegung ist, desto mehr Informationen sind nötig, um sie auch ausführen zu können. Zweidimensionale Aktionen wie die Bewegung eines Cursors auf dem Bildschirm sind leichter zu erreichen als das räumliche Agieren mit einer Prothese.

Letzteres gelang dem jungen, nach einem Messerstich an Armen und Beinen gelähmten Patienten am Bostoner Hospital innerhalb der zwölf Monate dauernden Testperiode. Er konnte mit einem Prothesenarm Gegenstände ergreifen und transportieren. Allein dadurch, dass er sich diese Bewegung vorstellte. Ebenso gelang es ihm, den Cursor gedanklich und real so zu positionieren, dass er E-Mails lesen, auf dem Bildschirm Kreise zeichnen und einfache Computerspiele meistern konnte.

Diese Erfolge beantworteten auch die Frage, ob das Gehirn nach einer Jahre zurückliegenden Rückenmarksverletzung überhaupt noch in der Lage ist, auf Bewegung bezogene Aktivitätsmuster zu erzeugen. „Einige Forscher hätten wohl vorhergesagt, dass dieser Teil des Gehirns seine Funktion nach einer derartigen Verletzung dramatisch ändert“, sagt Hochberg. Der Neurologe ist auch fasziniert davon, dass die Aktivitätsmuster der Neuronen denen gleichen, die bei Versuchen mit Affen aufgezeichnet wurden.

An solchen Versuchen am California Institute of Technology in Pasadena war Hansjörg Scherberger beteiligt. „Die Muster im motorischen Kortex sind bei Menschen und Affen ähnlich kodiert“, sagt der Neurologe, der jetzt an der ETH Zürich forscht. Werden also durch Gedanken gesteuerte roboterartige Gliedmaßen bald Realität sein? „Bald nicht“, sagt Scherberger. Doch sicherlich werde es auch in Europa derartige Versuche geben. Dann wird sich auch herausstellen, ob im Gehirn oder außen am Schädel angebrachte Sensoren der bessere Weg sind. Implantieren bedeutet Operieren. Es besteht die Gefahr von Infektionen.

Andererseits sind implantierte Chips leistungsfähiger. Hirn-Implantate kommen vorerst nur für Menschen in Frage, bei denen kein Muskel mehr zur Kommunikation nutzbar ist, sagt Scherberger. Etwa bei Patienten mit Locked-in-Syndrom, die sich trotz erhaltenem Bewusstsein weder sprachlich noch durch Bewegungen verständlich machen können. Die Experten arbeiten daran, die Systeme einfacher zu machen. Auch drahtlose Übertragung der Signale ist ein Ziel.

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