Keith Thomas: Wie ein Gehirn-Chip ihm das Fühlen zurückgab

Ein vom Hals abwärts querschnittsgelähmter Patient aus den Vereinigten Staaten kann seine Arme bewegen, sich an der Nase kratzen und den Mund abwischen und eine leere Eierschale greifen, ohne sie zu zerstören. Möglich macht das monatelanges Training mit einer sogenannten bidirektionale Gehirn-Computer-Schnittstelle, die ihm Forscher des New Yorker Feinstein-Instituts implantiert haben.Das Prinzip hinter dieser Technologie könnte dereinst Millionen Menschen mit Querschnittslähmung zugutekommen. Noch handelt es sich aber um ein experimentelles System, das mit großem Aufwand im streng überwachten Umfeld einer Spezialklinik zum Einsatz kommt.Elektroden lesen Signale aus dem Gehirn ausDer Patient ist Keith Thomas, ein 45 Jahre alter Mann aus Massapequa im Bundesstaat New York. Vor sechs Jahren hatte er einen Tauchunfall. Seitdem ist er gelähmt: komplette Tetraplegie. Das heißt, er kann weder Arme noch Beine spüren oder bewusst bewegen.Genauer gesagt: Er konnte es nicht. Denn 13 Monate nach seinem Unfall nahm er an einer Studie unter Leitung des Neurochirurgen und Molekularbiologen Chad Bouton teil. Keith Thomas war zu dem Zeitpunkt nicht in der Lage, einen Arm bis zum Gesicht zu heben, heißt es in einer Pressemitteilung der Forscher. In eine 15 Stunden langen Operation am offenen Schädel setzten sie Thomas mehrere Chips mit Elektroden in die Hirnrinde ein: insgesamt 128 Elektroden in den primär motorischen Kortex, wo das Gehirn Bewegungsabsichten verarbeitet, 96 in den primären somatosensorischen Kortex, der für Empfindungen zuständig ist.Das Gefühl einer Berührung ins Gehirn eingespeistEin System zum maschinellen Lernen wertet die Signale aus dem motorischen Kortex aus. Es erkennt darin, ob Thomas seine Hand öffnen oder schließen will. Diese Information leitet es an eine Orthese sowie über Elektroden an Nerven im Unterarm weiter. So kann Thomas seine Hand steuern.Sanft und einfach: Keith Thomas kann mit dem System eine Eierschale anheben, während er sich unterhält.Feinstein Institutes for Medical ResearchZudem sendet das System Signale in den somatosensorischen Kortex und erzeugt damit Empfindungen, die dem Patienten Berührung an der Hand suggerieren und ihn spüren lassen, wie stark er sie öffnet und schließt. Das erst macht es zu einem bidirektionalen System: Die Informationen fließen in beide Richtungen: vom Hirn in die Hand und wieder zurück.Eierschalen greifen und dabei sprechenKeith Thomas kann mit dem System Eierschalen aufheben, ohne sie zu zerbrechen, schreiben die Forscher im Magazin „Nature Medicine“. Währenddessen kann er sich sogar unterhalten, was zeigt, dass die Handbewegung keine große geistige Anstrengung und Konzentration erfordert.Für Thomas sind es persönliche Erfolge: „Die Hand meiner Schwester spüren zu können, meinen Hund zu streicheln und sein Fell zu fühlen – diese Erfahrungen, die mir durch die Verletzung genommen wurden, sind nun wieder möglich“, sagte er laut Pressemitteilung.„Die Technologie hat mir die Verbindung zu anderen zurückgegeben.“Diese Simulation hat anscheinend auch als Therapie gewirkt: Nach Monaten des Übens kann er seinen Ellenbogen besser bewegen als vorher und hat auch wieder eine Wahrnehmung im Handgelenk. Er könne sich auch abseits der Trainingseinheiten selbst das Gesicht kratzen und die Augen abwischen, sagte Thomas. „Die Technologie hat mir sowohl die Verbindung zu anderen als auch ein Bewusstsein meiner selbst zurückgegeben.“Doch was bedeutet diese Entwicklung für andere Patienten? Zumindest entsteht aus ihr noch kein direkter Nutzen. „Solche Studien zeigen, was prinzipiell möglich ist, aber ersetzen keine klinischen Wirksamkeitsnachweise in größeren Patientengruppen“, sagte Surjo Soekadar, der den Forschungsbereich Translation und Neurotechnologie an der Charité leitet, dem Science Media Center.Das System funktionierte über Monate stabilDas Besondere sei die Kombination mehrerer Ansätze zu einem therapeutischen Gesamtsystem. „Erstmals werden eine invasive Hirn-Computer-Schnittstelle, Rückenmarksstimulation, sensorisches Feedback und lernende Algorithmen so miteinander verknüpft, dass sie sich gegenseitig ergänzen“, erklärt Soekadar.Die Studie hat noch mehr gezeigt: Die Entschlüsselung der Hirnsignale lief über Monate stabil, ohne nachjustiert werden zu müssen. Der Ansatz, die Stimulation zu nutzen, um die Funktion des Arms langfristig zu verbessern, ist ebenfalls neu.Noch lange keine klinische RoutineDie größte Herausforderung sei heute die Übersetzung solcher Innovationen in die klinische Routine, sagt Soekadar. Das ist allein schon schwierig wegen der individuellen Unterschiede zwischen den Verletzungen bei Patienten mit hoher Querschnittslähmung, auf die Rüdiger Rupp von der Klinik für Paraplegiologie in Heidelberg hinweist. „Die bei diesem einzelnen Studienteilnehmer erzielten Ergebnisse sind in keiner Weise auf andere Betroffene übertragbar.“Das schreiben die Studienautoren auch selbst. Noch ist das System hoch spezialisiert und erfordert geschultes Personal für die Bedienung. „Es sind weitere Tests an einer größeren Anzahl von Personen mit unterschiedlichen Verletzungen erforderlich.“ Als Nächstes wollen die Forscher das System also an weiteren Teilnehmern mit unterschiedlichen Rückenmarksverletzungen und möglicherweise auch mit Bewegungsstörungen nach einem Schlaganfall testen.