Chip im Hirn Gelähmter Affe kann wieder laufen

Ohne Reha, ohne Training: Ein Primat mit einem gelähmten Bein kann plötzlich wieder gehen. Ein Chip in seinem Gehirn überbrückt die unterbrochenen Nervenbahnen. Was bedeutet das für den Menschen?
Mikrochip auf Silikonmodell eines Affenhirns

Mikrochip auf Silikonmodell eines Affenhirns

Foto: Alain Herzog/ EPFL

Laufen beginnt bereits im Kopf. Das Startsignal für eine Bewegung kommt aus einer kleinen Hirnregion, dem Motorkortex. Die dortigen Hirnzellen schicken elektrische Signale über das Rückenmark bis in die Beine, wo sie in eine bestimmte Bewegung übersetzt werden. Ist diese Verbindung unterbrochen, erreichen die Signale das Bein nicht mehr, es ist gelähmt.

Wissenschaftlern ist es nun gelungen, zerstörte Leitungsbahnen im Rückenmark eines Affen mithilfe eines Computerchips zu überbrücken.

"Es liegen noch viele Herausforderungen vor uns"

"Das ist das erste Mal, dass eine Neurotechnologie die Bewegungsfähigkeit bei einem Primaten wiederherstellt", sagte Grégoire Courtine. Er forscht am Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (Schweiz) und hat an der Studie mitgearbeitet, die nun im Fachblatt "Nature"  erschienen ist.

Courtine betont allerdings: "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."

Ein Chip im Gehirn zeichnet elektrische Impulse auf

Damit ein gelähmter Affe wieder laufen kann, braucht es mehrere Schnittstellen: Zunächst pflanzten die Forscher einen Chip in das Bewegungszentrum des Affenhirns. Der Chip zeichnet die elektrischen Impulse der Nervenzellen auf und sendet die Informationen an einen Computer.

Der Computer errechnet über verschiedene Algorithmen ein Bewegungsmuster, das an einen Taktgeber an der Lendenwirbelsäule geschickt wird. Auf Grundlage des Bewegungsmusters werden schließlich 16 Elektroden des Taktgebers gesteuert, die an den Nervenbahnen implantiert sind, welche die Muskeln aktivieren. Das gelähmte Bein bewegt sich. Die Informationsübertragung geschieht drahtlos via Bluetooth und Infrarot in Echtzeit.

"Die Primaten waren sofort in der Lage zu laufen"

Die Forscher testeten die Nervenbahnprothese unter anderem an zwei Rhesusaffen, 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.

Noch ist unklar, ob das auch bei Menschen funktioniert

"Die Arbeit ist eine tolle Weiterentwicklung und eine enorme, vor allem technische Leistung", kommentiert Rüdiger Rupp, Experte für die Regeneration von Nervenbahnen 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. "Der logische nächste Schritt ist jetzt, die Versuche mit vollständig gelähmten Affen zu wiederholen", sagt Rupp.

Zudem können bislang nur grundlegende Bewegungen initiiert werden - etwa Beugen und Strecken. Komplexere Funktionen wie Balancieren oder das Überwinden von Hindernissen ließen sich mit der gegenwärtigen Technologie nicht umsetzen.

Computerchips in menschlichen Gehirnen

Erste Erfolge lassen sich aber auch bei Menschen beobachten.

Einem querschnittsgelähmten Mann ist es gelungen, seine Hand allein durch seine Gedanken zu bewegen. Ein Chip in seinem Hirn setzte dessen 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 konnte ein Querschnittsgelähmter mit Hilfe eines Chips im Gehirn fühlen, wenn jemand einen Roboterarm berührte. Der 28-Jährige ist seit zehn Jahren gelähmt.

Erste klinische Studien vielleicht noch vor 2020

Die Geschwindigkeit, mit der Hirn-Schnittstellen entwickelt werden, sei enorm, schreibt Andrew Jackson von der britischen Newcastle University in einem ebenfalls im Fachblatt "Nature" veröffentlichten Kommentar.

Häufig lägen nur wenige Jahre zwischen ersten Tests, Versuchen mit Affen und 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.

koe/dpa
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