Affe bewegt gelähmten Arm mit Gedankenkraft

Erstmals Stimulierung von Muskeln über umgeleitete Signale aus dem Gehirn

Wissenschaftler der Universität von Washington in Seattle haben ein System entwickelt, mit dessen Hilfe Affen einen betäubten Arm bewegt haben. Die Wissenschaftler nehmen Signale aus dem Gehirn des Affen ab und übersetzen sie in Impulse für die Armmuskeln. Die Wissenschaftler hoffen, mit dieser Technik auch Gelähmten oder Schlaganfallpatienten ihre Bewegungsfähigkeit wiedergeben zu können.

Die Wissenschaftler haben Affen dazu gebracht, den eigenen Arm über ein Brain-Computer Interface (BCI) zu steuern. Dafür haben sie Elektroden in das Bewegungszentrum des Gehirns, dem Motorcortex, eingesetzt und diese an die Muskeln in Arm, den sie mit Betäubungsmitteln lahmgelegt hatten, weitergeleitet. Das BCI, das aus handelsüblichen Komponenten gebaut werden kann, übersetzt die elektrischen Signale aus dem Gehirn in Steuerungsimpulse für die Muskeln.

Chet Moritz (links) und Eberhard Fetz (Foto: Clare McLean) Zunächst brachten Eberhard Fetz und Chet Moritz den Affen bei, durch das Drehen ihres Handgelenks ein Computerspiel zu spielen. Dann betäubten sie den Arm mit einem lokalen Betäubungsmittel und ließen die Affen wieder spielen. Obwohl die direkte Verbindung zwischen Gehirn und Armmuskulatur unterbrochen war, konnten die Affen ihre Handgelenke bewegen und weiterspielen.

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass es keine Rolle spielte, ob die Nervenzellen, von denen die Signale abgenommen wurden, die waren, die normalerweise für die Steuerung der Armmuskeln zuständig sind. "Fast jede Nervenzelle aus dem Motorcortex, die wir getestet haben, konnte dazu genutzt werden, die Handgelenksmuskeln zu stimulieren", berichtet Moritz. Dabei waren die Affen nicht nur in der Lage, ihren Arm zu bewegen, sondern auch den Grad der Muskelkontraktion zu kontrollieren, also wie fest sie zugriffen. Wie bei anderen Biofeedback-Verfahren wurden auch hier die Affen mit zunehmenden Trainings immer besser.

Computer oder Roboter mit einem BCI zu steuern, ist nichts Neues. Moritz und Fetz ist es jedoch erstmals gelungen, elektrische Signale aus dem Motorcortex abzunehmen und direkt an Muskeln weiterzuleiten. Sie gehen davon aus, dass es in Zukunft auch möglich sein wird, Gelähmten oder Schlaganfallpatienten ihre Bewegungsfähigkeit zurückzugeben. Die Erkenntnis, dass das Gehirn schnell in der Lage ist, beliebige Zellen zur Steuerung von Bewegungen einzusetzen, sei dabei ein wichtiger Schritt gewesen. Fetz und Moritz glauben, dass es noch etwa zehn Jahre dauern wird, bis ihr System bei Menschen eingesetzt werden kann.

Bis dahin ist noch einige Forschungsarbeit notwendig. Dazu gehört unter anderem die Steigerung der Leistungsfähigkeit des Systems sowie die Klärung der Frage, ob die Elektroden implantiert oder außen am Kopf angebracht werden sollen. Es ist zwar einfacher, die Elektroden außen auf dem Kopf anzubringen, aber diese liefern schlechtere Ergebnisse als solche, die operativ ins Gehirn eingepflanzt werden. Eine implantierte Elektrode kann jedoch mit der Zeit von Nervengewebe eingeschlossen werden. Dadurch verliert sie den Kontakt zu der Nervenzelle und kann keine Signale mehr liefern. Wird die Elektrode implantiert, müssen auch Energieversorgung und Datenübertragung gelöst werden. Derzeit werden die Daten über einen Draht aus dem Gehirn des Affen an das BCI übertragen, was ein Infektionsrisiko bedeutet.