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Drähte im Gehirn : Affen steuern Rollstuhl allein mit Gedankenkraft

  • Aktualisiert am

Elektroden im Gehirn von Menschen? Durchaus nichts Ungewöhnliches, wie hier bei einem Epilepsiepatienten. Allerdings sind die bisherigen Elektroden stets via Kabel an Computer angeschlossen. Bild: Ned T. Sahin

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.

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          Einen Rollstuhl allein mit Gedankenkraft und drahtlos im Raum steuern - im Affenversuch ist dies jetzt gelungen. Über 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“ für Aufsehen gesorgt haben, als sie einen Gelähmten mit einem gedankengesteuerten - allerdings nicht ins Gehirn implantierten - Exosklett ausrüsteten und zum Eröffnungsspiel der Fußball-Weltmeisterschaft über 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 künftig Bewegungsmöglichkeiten zu verschaffen. Unabhängige Experten erwarten bis dahin allerdings noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit.

          Die Wissenschaftler um Miguel Nicolelis hatten zwei Rhesus-Affen mehrere Elektrodenbündel in verschiedene, für 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 für 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 übersetzten Hirnaktivierungsmuster selbst zu steuern, um zu der Traubenschale zu gelangen. Dabei verbesserten sie die Kontrolle über 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 Körpers wieder herstellen könnten“, sagt Nicolelis. Iplantierte Elektroden für BMIs wurden auch bei Menschen bereits verwendet. In vielen Fällen hat man bislang schon versucht, die gewünschten elektrischen Nervenimpulse von der Kopfhaut durch Hauben mit eingelassenen Elektroden abzuleiten, ohne Eingriff ins Gehirn selbst.  Dabei wurden jedoch vor allem die neuronalen Impulse für Hand- und Fingerbewegungen „gelesen“ und dann auf die Bedienung eines Joysticks oder einer Armprothese übertragen.

          Dass nun erstmals eine dem Hirn zuvor unbekannte Ganzkörperbewegung - das Steuern eines Rollstuhls im Raum - übersetzt 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 für Neurophysik an der Berliner Charité. 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 überprüfen.

          Der braslianisch-amerikanische Neuroprothesenforscher Miguel Nicolelis mit seinem Exoskeleton, das er zur Eröffnung der Fußball-WM präsentierte.

          Alexander Gail, Experte für sensomotorische Neurowissenschaften an der Universität Göttingen, sieht vor allem einen Fortschritt durch die Funkübertragung, die Kabel überflüssig mache. Sie sei sowohl für invasive BMIs als auch für 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 persönlichen 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 würden.

          Mögliche Risiken der invasiven Technik seien Vernarbungen in der Hirnrinde, die epileptische Anfälle hervorrufen könnten, oder auch Infektionen, erklärt Curio. „Hier könnte aber die technische Entwicklung, etwa von besonders weichen, anpassungsfähigen und auch langfristig gewebeverträglichen Elektroden, in Zukunft weiterhelfen.“ Für die ebenfalls invasive Tiefenhirnstimulation, eine Art Hirnschrittmacher vor allem für Parkinson-Kranke, haben sich weltweit bereits Zehntausende Patienten entschieden.

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