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Hirnforschung: Gehirnprothese besteht erste Tests

Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, einen Computerchip als Ersatz für ein Stück Gehirn zu verwenden. Die Prothese verarbeitet Impulse lebender Nervenzellen eines Rattenhirns und leitet sie an andere Zellen weiter. Eines Tages könnte der Chip Patienten mit beschädigtem Gehirn helfen.

Neuronales Netz im Gehirn: Chip als Prothese
Max-Planck-Institut für Strömungsforschung

Neuronales Netz im Gehirn: Chip als Prothese

Was Theodore Berger und seine Kollegen von der University of Southern California in Los Angeles vorhaben, ist äußerst ambitioniert: Die Hirnforscher basteln an einer Gehirnprothese, die in ferner Zukunft etwa bei einem Schlaganfall zerstörtes Gewebe ersetzen soll. Die Prothese besteht aus einem Computerchip und vielen kleinen Sensoren, die die Verbindung zu den umliegenden Nervenzellen sicherstellen.

Schon seit Jahren tüftelt das Team um Berger an dem Chip, der einen Teil des so genannten Hippocampus imitieren soll. Mithilfe vieler kleiner Sensoren zeichneten die Hirnforscher die Signalverarbeitung eines lebenden Hippocampus auf und entwickelten daraus ein mathematisches Modell, das in das Chip-Design einfloss.

Offenbar mit Erfolg. Denn beim Treffen der Society for Neuroscience in San Diego berichtete Berger über den ersten geglückten Test des Chips an lebendem Gewebe. Die Wissenschaftler schnitten einen zentralen Teil des Hippocampus aus Rattengehirnen heraus und versorgten das lebende Gewebe über ein feines Elektrodennetz mit Impulsen. "Wir fragten uns, ob der Output des intakten Gewebes und der eines Stücks Gewebe mit implantiertem Chip gleich ist. Die Antwort lautete: Ja. Es funktioniert wirklich", sagte Berger nach einem Bericht des "New Scientist".

Cyberkinetics-Manager mit Hirnmodell: Arbeit an der Mensch-Maschine-Schnittstelle
AP

Cyberkinetics-Manager mit Hirnmodell: Arbeit an der Mensch-Maschine-Schnittstelle

Die von dem intakten Gewebe und der Hippocampus-Prothese produzierten Signale passten in Intensität, zeitlichem Verlauf und statistisch zueinander, so Berger. "Das beweist, dass wir ein Stück aus einer zentralen Hirnregion herausnehmen und durch einen Chip ersetzen können, so dass diese weiter funktioniert wie zuvor."

Die Region des Hippocampus ist für Hirnforscher von besonderem Interesse, weil sie eine zentrale Rolle bei der Überführung von Inhalten aus dem Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis spielt. Die Gehirnprothese könnte eines Tages Alzheimerpatienten helfen, bei denen der Hippocampus angegriffen ist und die Gedächtnisleistung immer mehr abnimmt, hofft Berger. Auch bei Unfallopfern oder Schlaganfallpatienten soll der Chip geschädigtes Hirngewebe ersetzen.

An einen baldigen Einsatz der Prothese beim Menschen ist jedoch noch nicht zu denken. Zunächst wollen die Hirnforscher den Chip ins Gehirn einer lebenden Ratte einsetzen. Sie hoffen, dass dies innerhalb der nächsten drei Jahre gelingt. Gleichzeitig will das Team um Berger ein mathematisches Modell für den Hippocampus von Primaten entwickeln, das auch Versuche mit Affen ermöglichen würde.

Ob ein Chip geschädigtes Gehirngewebe tatsächlich vollständig ersetzen kann, ist noch umstritten. Guenter Gross von der University of North Texas in Denton zeigte sich beeindruckt von der Prothese, verwies gegenüber dem "New Scientist" jedoch auf weiter reichende Verbindungen im Gehirn. Diese könne der Chip nicht ersetzen, weil er nur lokale Verbindungen knüpfe. "Es gibt äußerst komplizierte, während der Entwicklung des Gehirns gebildete Links, die nicht ersetzt werden können."

Hirnchip von Cyberkinetics: Gedanke wechselt TV-Kanal
AP

Hirnchip von Cyberkinetics: Gedanke wechselt TV-Kanal

Mit der Verkabelung des Gehirns beschäftigt sich nicht nur das Team um Berger. Hirnforscher versuchen schon länger Befehle aus dem Hirn zur Steuerung von Robotergliedmaßen zu nutzen, etwa bei Patienten mit Amputationen.

Erst vor wenigen Tagen meldete das US-Unternehmen Cyberkinetics, dass ein Querschnittsgelähmter allein kraft seiner Gedanken E-Mails verschickt habe. Die Forscher hatten dem 25-Jährigen einen Chip ins Hirn eingepflanzt, der die Signale von 100 Neuronen an einen Rechner weiterleitete. Der Mann konnte nicht nur seine E-Mails abrufen, sondern auch am Computer spielen und durch Fernsehprogramme zappen.

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