Affe mit Gehirnimplantat
Bildrechte: EFPL

Hirnchip Implantate lassen gelähmte Affen wieder laufen

Es klingt wie ein Wunder: Wissenschaftler konnten Affen, die durch eine Verletzung am Rückenmark gelähmt waren, dazu verhelfen, dass sie mithilfe ihrer Gedanken und der Unterstützung einiger Implantate wieder laufen können. Möglich macht das unter anderem ein Chip im Gehirn, der die dortigen Anweisungen an den Körper in für die Maschinen verständliche Signale übersetzt.

Affe mit Gehirnimplantat
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Ein System bestehend aus Bein-Implantaten und einem Hirnchip überbrückt zerstörte Leitungsbahnen im Rückenmark. So stellt es wieder eine Verbindung zwischen dem Gehirn und dem Bein her - und das völlig ohne Kabel. So sieht die sogenannte Neuroprothese aus, die Forscher erfolgreich an Rhesusaffen getestet haben. Das berichten Wissenschaftler um Grégoire Courtine vom Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne in der Fachzeitschrift "Nature". 

Eine bestimmte Gehirnregion ist Taktgeber und Initiator jeder Bewegung der Gliedmaßen: der Motorkortex. Er sendet mithilfe elektrischer Impulse Signale über Nervenbahnen in die Lendenregion des Rückenmarks. Von dort aus aktivieren Netzwerke aus Nervenzellen die Muskeln der Beine, die für das Gehen nötig sind. Durch eine Verletzung des Rückenmarks kann diese Sendeleitung unterbrochen werden. Die Signale des Gehirns kommen dann nicht mehr im Bein an und es ist gelähmt.

Das ist das erste Mal, dass eine Neurotechnologie die Bewegungsfähigkeit bei einem Primaten wiederherstellt. Aber es liegen noch viele Herausforderungen vor uns und es könnte noch einige Jahre dauern, bis alle für den Eingriff nötigen Bestandteile beim Menschen getestet werden können.

Grégoire Courtine, Swiss Federal Institute of Technology

Die Sendeleitung wiederherstellen

Die Forscher haben eine Hirn-Wirbelsäule-Schnittstelle entwickelt, die aus mehreren Teilen besteht. Ein Hirnimplantat zeichnet die elektrische Aktivität der Nervenzellen auf, die im Motorkortex für das Gehen zuständig sind.

Diese Informationen schickt der Chip kabellos an einen Computer. Der erstellt daraus mithilfe spezifischer Algorithmen ein Stimulationsprotokoll, das an einen Taktgeber im Lendenbereich geschickt wird. Auf dieser Grundlage werden dann 16 Elektroden gesteuert. Die sind an genau definierten Bereichen implantiert worden und aktivieren die Muskulatur. Das Ergebnis: Das Bein bewegt sich, es streckt und beugt sich in Echtzeit.

Dass diese Neuroprothese wirklich funktioniert zeigen Tests an zwei Rhesusaffen. Bei beiden war jeweils ein Bein aufgrund einer gezielten Durchtrennung des Rückenmarks gelähmt. Sobald die Schnittstelle aktiviert wurde, waren beide Affen sofort in der Lage zu laufen, berichtet der an der Studie beteiligte Erwan Bezard von der französischen University of Bordeaux. "Sie benötigten keine Physiotherapie und kein Training."

Wie effektiv die Schnittstelle ist, dokumentierten sie per Video: Ist sie ausgeschaltet, zieht das Tier das gelähmte Bein unter den Körper oder lässt es hängen. Wird die Schnittstelle jedoch eingeschaltet, beginnt es sofort, das Bein auf dem Boden abzusetzen und annähernd normal zu bewegen.

Unklar, ob auf Menschen übertragbar

Rüdiger Rupp, Leiter des Bereichs Experimentelle Neurorehabilitation der Klinik für Paraplegiologie am Universitätsklinikum Heidelberg, hält die Arbeit für eine "tolle Weiterentwicklung und eine enorme, vor allem technische Leistung".

Ob die vorgestellte Schnittstelle auch bei vollständig querschnittsgelähmten Menschen funktioniert, ist allerdings völlig unklar.

Rüdiger Rupp, Universitätsklinikum Heidelberg

Zwischen Menschen und den Affen der Studie gibt es Rupp zufolge noch einige wichtige Unterscheidungen. So seien beim Menschen in der Regel alle beide Beine gelähmt und die Verletzungen am Rückenmark Betroffener viel großflächiger.

Außerdem sei aufgrund der Untersuchung einbeinig gelähmter Affen auch denkbar, dass der Chip im Gehirn gar nicht die Bewegungsabsicht aufzeichnet und überträgt, sondern sensible Informationen vom sich bewegenden, gesunden Bein. In diesem Fall wäre eine Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen fraglich. Der logische nächste Schritt sei deshalb, die Versuche mit vollständig gelähmten Affen zu wiederholen, erklärt Rupp.

Um den Menschen mithilfe einer solchen Neuroprothese therapieren zu können, müsste sie allerdings auch mehr Bewegungen initiieren können als nur die grundlegenden Bewegungsformen Beugen und Strecken. Komplexere Funktionen wie Balancieren oder das Überwinden von Hindernissen ließen sich mit der gegenwärtigen Technologie nicht umsetzen. 

Rasante Entwicklung bei Hirn-Schnittstellen

Die Geschwindigkeit, mit der Hirn-Schnittstellen entwickelt werden, sei enorm, schreibt Andrew Jackson von der britischen Newcastle University in einem ebenfalls in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlichtem Kommentar. Häufig lägen nur wenige Jahre zwischen den ersten Tests, Versuchen mit Affen und schließlich dem Einsatz beim Menschen.

Aus diesem Grund ist es nicht unvernünftig zu spekulieren, dass wir erste klinische Versuche zu einer Hirn-Wirbelsäule-Schnittstelle bereits Ende dieses Jahrzehnts sehen.

Andrew Jackson, Newcastle University

Was dafür spricht: Die einzelnen implantierten Bestandteile des Schnittstellen-Systems sind unabhängig voneinander bereits für den Einsatz beim Menschen zugelassen.

Grafik eines Kopfes.
Hirnchips nutzen die elektrischen Signale im Gehirn Bildrechte: colourbox

Es gibt nämlich bereits mehrere Entwicklungen, die Gelähmten mithilfe der Hirnsignale Bewegungen ermöglichen. In Versuchen konnten Betroffene bereits etwa künstliche Gliedmaßen steuern. In einem Experiment gelang es sogar, Affen einen Rollstuhl allein kraft ihrer Gedanken steuern zu lassen.

Anfang des Jahres hatten US-Forscher in einem Fachblatt davon berichtet, dass ein querschnittsgelähmter Mann seine rechte Hand allein durch seine Gedanken auf vielfältige Weise bewegen könne. Ein Chip in seinem Hirn setzt Muster von Hirnaktivitäten in Handbewegungen um. Dazu trägt der Mann eine Manschette am Unterarm, die basierend auf den Hirnsignalen bestimmte Muskeln in seinem Unterarm elektrisch stimuliert.

Zuletzt aktualisiert: 09. November 2016, 19:00 Uhr