Achtung, Rollstuhlfahrer: Hirnchip lässt gelähmte Affen laufen

Erstmals stellt die Neurotechnologie die Bewegungsfähigkeiten bei einem Primaten wieder her. Wie die Heidelberger Uniklinik die mögliche Sensation einschätzt.

Der Wissenschaftler Grégoire Courtine vom Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (Schweiz) hält ein Silikon-Modell eines Primaten-Gehirns und ein Gehirn-Implantat in den Händen. Mithilfe eines neuartigen Neuroimplantat-Systems können gelähmte Affen wieder gehen. (Foto: Alain Herzog / EPFL/dpa)

Der Wissenschaftler Grégoire Courtine vom Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (Schweiz) hält ein Silikon-Modell eines Primaten-Gehirns und ein Gehirn-Implantat in den Händen. Mithilfe eines neuartigen Neuroimplantat-Systems können gelähmte Affen wieder gehen. (Foto: Alain Herzog / EPFL/dpa)

Mithilfe eines Hirnchips und weiterer Implantate können gelähmte Affen wieder gehen. Das System überbrückt die zerstörten Leitungsbahnen im Rückenmark und schafft so eine Verbindung zwischen dem Gehirn und dem Bein – und zwar völlig kabellos. Das berichten Wissenschaftler um Grégoire Courtine vom Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (Schweiz) im Fachblatt „Nature“.

„Das ist das erste Mal, dass eine Neurotechnologie die Bewegungsfähigkeit bei einem Primaten wiederherstellt“, sagte Courtine. „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.“

So funktioniert die Technologie

Taktgeber und Initiator jeder Bewegung der Gliedmaßen ist eine bestimmte Gehirnregion – der sogenannte Motorkortex. Die dortigen Hirnzellen senden Bewegungssignale in Form elektrischer Impulse 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 – es ist gelähmt.

Die Hirn-Wirbelsäule-Schnittstelle, die die Forscher um Courtine entwickelt haben, besteht aus mehreren Bestandteilen: Ein Hirnimplantat zeichnet die elektrische Aktivität der für das Gehen verantwortlichen Nervenzellen im Motorkortex auf und schickt das Aktivitätsmuster kabellos an einen Computer. Über spezifische Algorithmen erstellt dieser daraus ein Stimulationsprotokoll, das an einen Taktgeber im Lendenbereich geschickt wird. Auf Grundlage dieses Protokolls werden schließlich 16 Elektroden gesteuert, die an genau definierten Bereichen implantiert sind und letztlich die Muskeln aktivieren – das gelähmte Bein bewegt sich, es wird in Echtzeit gebeugt und gestreckt.

„Tolle Weiterentwicklung“, aber…

Die Forscher testeten die Neuroprothese unter anderem an zwei Rhesus-Affen, bei denen jeweils ein Bein aufgrund einer gezielten Durchtrennung des Rückenmarks gelähmt war. „Die Primaten waren sofort in der Lage zu laufen, nachdem die Hirn-Wirbelsäule-Schnittstelle aktiviert wurde. Sie benötigten keine Physiotherapie und kein Training“, erläutert der an der Studie beteiligte Erwan Bezard von der University of Bordeaux (Frankreich).

Ein Video zeigt, wie eines der Tiere sich auf einem Laufband fortbewegt. Ist die Schnittstelle ausgeschaltet, bleibt das gelähmte Bein bewegungslos oder das Tier zieht es unter den Körper. Wird sie eingeschaltet, beginnt es augenblicklich, das Bein auf dem Boden aufzusetzen und annähernd normal zu bewegen.

Diese Probleme gilt es noch zu lösen

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„Die Arbeit ist eine tolle Weiterentwicklung und eine enorme, vor allem technische Leistung“, kommentiert Dr.-Ing. Rüdiger Rupp (Foto links), Leiter des Bereichs Experimentelle Neurorehabilitation der Klinik für Paraplegiologie am Universitätsklinikum Heidelberg. „Ob die vorgestellte Schnittstelle auch bei vollständig querschnittsgelähmten Menschen funktioniert, ist allerdings völlig unklar.“

Anders als bei den Affen in der Studie seien beim Menschen in der Regel beide Beine gelähmt, die Verletzungen am Rückenmark viel großflächiger, erläutert Rupp. Es sei 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 ist jetzt, die Versuche mit vollständig gelähmten Affen zu wiederholen“, sagt Rupp.

Hinsichtlich einer Therapie beim Menschen sei ein weiteres Problem, dass mit dem Verfahren derzeit nur ganz grundlegende Bewegungen – etwa Beugen und Strecken – initiiert werden können. Komplexere Funktionen wie Balancieren oder das Überwinden von Hindernissen ließen sich mit der gegenwärtigen Technologie nicht umsetzen.

Die Geschwindigkeit, mit der Hirn-Schnittstellen entwickelt werden, sei enorm, schreibt Andrew Jackson von der britischen Newcastle University in einem ebenfalls im Fachblatt „Nature“ veröffentlichtem Kommentar. Häufig lägen nur wenige Jahre zwischen ersten Test, 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.“ Dafür spreche auch, dass die einzelnen implantierten Bestandteile des Schnittstellen-Systems für den Einsatz beim Menschen bereits zugelassen sind.

Einige Hirnchips helfen bereits Gelähmten
Bislang gibt es mehrere Entwicklungen, die Gelähmten über das Auslesen von Hirnsignalen Bewegungen ermöglichen oder das Leben erleichtern sollen. Betroffene konnten in Versuchen bereits künstliche Gliedmaßen steuern und damit etwa Gegenstände heben. In einem Experiment gelang es, Affen einen Rollstuhl allein kraft ihrer Gedanken steuern zu lassen.
Anfang des Jahres hatten US-Forscher im Fachjournal „Nature“ berichtet, dass ein querschnittsgelähmter Mann (Tetraplegiker) seine rechte Hand allein durch seine Gedanken auf vielfältige Weise bewegen kann. 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.
Und kürzlich haben Forscher bei einem querschnittsgelähmten Mann mit einem Hirnchip den Eindruck von Gefühlen einer Hand erzeugt. Mit dem Implantat konnte der 28-Jährige nach zehnjähriger Lähmung zudem Berührungen an einer Handprothese spüren und recht zuverlässig den jeweiligen Fingern zuordnen. Diese haptische Rückmeldung ist äußerst nützlich, um etwa beim Greifen eines Plastikbechers nicht zu viel Druck auszuüben. Das Team um Robert Gaunt von der University of Pittsburgh hatte im Fachblatt „Science Translational Medicine“ von den Erfolgen berichtet.

(dpa)

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