Gehirnimplantat

Licht aktiviert Gehirnzellen

US-Forscher entwickeln im Auftrag der Darpa Implantate, mit deren Hilfe sie Gehirnverletzungen heilen wollen. Die Implantate senden Lichtimpulse aus, die Gehirnzellen aktivieren sollen.

Artikel veröffentlicht am 10. Mai 2010, 12:09 Uhr, Werner Pluta

Die Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) hat die Entwicklung eines Gehirnimplantats in Auftrag gegeben. Die Wissenschaftler unter Leitung der Universität im kalifornischen Stanford und der Brown Universität in Providence im US-Bundesstaat Rhode Island sollen sogenannte optogenetische Implantate entwickeln, die Hirnverletzungen mit Hilfe von Licht heilen sollen.

Elektroden oder Glasfasern

Die Implantate sollen auf der Oberfläche des Gehirns angebracht werden und die elektrischen Signale im Gehirn erfassen. Dann sollen sie mit Hilfe von Lichtimpulsen andere Sektionen im Gehirn stimulieren. Auf diese Weise sollen sie verletzte Areale ersetzen und das Gehirn dazu bringen, normal zu arbeiten. Die Implantate werden voraussichtlich aus Elektroden oder aus Glasfasern bestehen.

Wissenschaftler können zwar heutzutage die elektrischen Signale des Gehirns aufzeichnen und darüber verstehen, wie die Nervenzellen im Gehirn kommunizieren. Mit Hilfe dieser Signale lassen sich über Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer-Interface, BCI) Geräte steuern, etwa ein Computer. Bisher sind sie jedoch nicht in der Lage, die elektrischen Signale so zu verändern, dass sie gezielt einzelne Schaltkreise im Gehirn ein- oder ausschalten können.

Neuronen einschalten

Die optogenetischen Verfahren sollen es ermöglichen, bestimmte Gehirnzellen zu verändern. Die Zellen werden mit Impulsen von Licht in bestimmten Farben bestrahlt, die das Implantat im Gehirn aussendet. Die Lichtimpulse haben dabei die gleiche Frequenz, mit der auch die Neuronen arbeiten. Auf diese Weise lassen sich einzelne Neuronen gezielt aktivieren oder deaktivieren.

Reorganization and Plasticity to Accelerate Injury Recovery (etwa: Reorganisierung und Formbarkeit zur Beschleunigung der Heilung), kurz Repair, heißt das auf zwei Jahre angelegte Projekt, für das die Darpa knapp 15 Millionen US-Dollar bereitgestellt hat. Beteiligt sind Neurowissenschaftler, Psychiater und Hirnforscher, aber auch Chipentwickler.

Neue Behandlungsmethoden

Die Forscher versprechen sich grundlegende Erkenntnisse von Repair. "In diesem Programm geht es um die Grundlagen der Neurowissenschaft und darum, eine Neurotechnik zu entwickeln, die eine ganz neue Art von Behandlungsmethoden für Hirnverletzungen ermöglicht", erklärt Krishna Shenoy, Biotechnologe an der Stanford Universität. Bislang hätten Mediziner nur wenig Möglichkeiten, Hirnverletzungen zu behandeln. Im Repair-Projekt wird es darum gehen, zu verstehen, was im Gehirn bei einem Trauma passiert, und welche Möglichkeiten es gibt, das Gehirn dazu zu bringen, Nervenzellen neu zu verschalten.

Ziel ist, mit den Implantaten Schädel-Hirn-Traumata zu heilen. Die Darpa denkt dabei in erster Linie an Soldaten. Zehn bis 20 Prozent der in Afghanistan und dem Irak eingesetzten Soldaten erleiden solche Verletzungen.

Die Darpa setzt große Hoffnungen auf Hirnimplantate verschiedener Art. Im März hat die Forschungsagentur ein Programm aufgelegt, in dessen Rahmen eine Prothese entwickelt werden soll, die über ein BCI gesteuert wird.