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Medizin

Laufen mit WLAN: Hirn-/­Rücken-Interface macht Affen mobil

Mittwoch, 9. November 2016

https://www.youtube.com/watch?v=1sjeytKmlCk&feature=youtu.be

Lausanne – Schweizer Forschern ist es gelungen, eine Querschnittverletzung bei einem Rhesusaffen durch ein Interface zu überbrücken, das Nervensignale von einem Implantat im motorischen Cortex auffängt, drahtlos an einen Computer weiterleitet, der per WLAN ein zweites epidurales Implantat im Rücken steuert. Laut dem Bericht in Nature (2016; doi: 10.1038/nature20118) konnten sich die Tiere auch ohne Training spontan fortbewegen.

Jede komplette Durchtrennung des Rückenmarks führt zu einer Lähmung, für die es derzeit keine Heilung gibt. Alle Versuche, die Nervenverbindung durch Medikamente wieder herzustellen, sind misslungen, obwohl die Nerven unterhalb der Querschnitt­lähmung intakt bleiben. Ihre Aktivierung über ein epidurales Implantat kann bei Ratten spontane Laufbewegungen auslösen, die allerdings nicht dem Willen des Gehirns unterliegen. Auch beim Menschen gibt es solche Reflexe, die allerdings therapeutisch nicht genutzt werden können.

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Um die willentliche Kontrolle wiederherzustellen, hat das Team um Grégoire Courtine von der École polytechnique fédérale de Lausanne ein zweites Implantat entwickelt. Es wurde den Rhesusaffen im Gehirn dort über dem Gyrus praecentralis platziert, wo nach dem kortikalen Homunculus das Bein repräsentiert ist. Die Aktivierung dieser Regionen steuert beim gesunden Organismus die Muskeln in den Beinen. Die Forscher wählten für ihre Experimente Rhesusaffen, da die Topographie des Gyrus praecentralis dem Menschen ähnlicher ist als bei Ratten. Sie führten ihre Versuche übrigens in China durch, um die komplizierten Tierschutzbestimmungen in Europa zu umgehen.

Welche Regionen im Motorcortex genau welche Bereiche des Rückenmarks stimulieren, hatten die Forscher zuvor an einem gesunden Tier ermittelt. Sie fanden zwei „Hotspots“: Einen oberen auf Ebene von L1/L2, dessen Aktivierung Streckbewegungen des Beines auslöst, und einen unteren auf Ebene von L6/L7, der für Beugungen zuständig ist. Diese räumliche Trennung hat die Gestaltung des Rückenimplantats erleichtert, über das am Ende die Gangbewegungen der Tiere gesteuert werden sollen.

Zunächst analysierten die Forscher aber bei gesunden Tieren, welche zeitliche Folge von Signalen im Motorcortex die Bewegungsmuster im Bein koordiniert. Diese Ergebnisse bestimmten dann die Programmierung des Computers, der beim querschnittgelähmten Affen die Steuerung des epiduralen Implantats über den beiden „Hotspots“ übernehmen sollte. Die Kommunikation zwischen dem Hirnimplantat und dem Computer und zwischen dem Computer und dem epiduralen Implantat erfolgte dabei drahtlos per WLAN.

Wie ein Video der Forscher zeigt, verhilft das Implantat den Affen zu einer halbwegs koordinierten Bewegung eines gelähmten Hinterlaufs. Bei den beiden Versuchstieren war das Rückenmark auf Ebene der Brustwirbelsäule nur halbseitig durchtrennt worden. Die Tiere können sich auch ohne die Signale aus dem Hirn-/Rücken-Interface fort­bewegen. Sie ziehen dann aber das gelähmte Bein nach. Nach dem Einschalten der Schnittstelle kann das Tier das lahme Bein wieder benutzen. Es wird wieder in den spontanen Bewegungsablauf einbezogen.

Rüdiger Rupp, der Leiter des Bereichs Experimentelle Paraplegiologie/Neurore­habilitation am Universitätsklinikum Heidelberg, lobt gegenüber der Nachrichtenagentur dpa die technische Leistung seiner Schweizer Kollegen, gibt aber zu bedenken, dass derartige halbseitige Verletzungen beim Menschen eher selten seien. Es sei denkbar, dass das Implantat im Gehirn gar nicht die Bewegungsabsicht aufzeichne und übertrage, sondern sensible Informationen vom sich bewegenden gesunden Bein. In diesem Fall wäre eine Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen fraglich. Der logisch nächste Schritt wäre, so Rupp, die Versuche mit vollständig gelähmten Affen zu wiederholen.

Der Neurowissenschaftler Andrew Jackson von der Universität Newcastle in England ist optimistischer. Die Geschwindigkeit, mit der Hirn-Schnittstellen entwickelt werden, sei enorm, schreibt er in einem Kommentar. Häufig lägen nur wenige Jahre zwischen dem ersten Test, Versuchen mit Affen und schließlich dem Einsatz beim Menschen. Jackson würde es nicht überraschen, wenn die ersten klinischen Versuche zu einen Hirn-Rücken-Interface noch vor Ende dieses Jahrzehnts durchgeführt würden. © rme/aerzteblatt.de

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