Implantate können Verletzungen der Wirbelsäule bei Affen überwinden. Sind die Menschen die nächsten?

Grégoire Courtine besitzt ein Siliziummodell des Gehirns eines Primaten und ein Gehirnimplantat. Die Schnittstelle zwischen Gehirn und Wirbelsäule verwendet ein Mikroelektrodenarray wie dieses, um die Spikeaktivität des motorischen Kortex des Gehirns zu erfassen.Alain Herzog / EPFL

Letzte Woche kündigten Schweizer Forscher etwas Erstaunliches an - sie hatten es wieder geschafft, teilweise gelähmte Affen laufen zu lassen. Mit einem drahtlosen Gehirnimplantat und einer schwindelerregenden Menge an technischer Koordination konnten diese Affen nur ein oder zwei Wochen nach der Operation eine Verletzung der unteren Wirbelsäule überwinden.

Diese Art von erstaunlichen Ergebnissen ist in den letzten Jahren fast alltäglich geworden, da Wissenschaftler Gehirn-Maschine-Schnittstellen verwendet haben, um Befehle vom Gehirn zu senden. Vielleicht bleibt die Nutzung dieser Technologie, um den Menschen wieder zum Laufen zu bringen, jedoch noch viele Jahre in Anspruch. Aber warum?

Gehirn und Maschine

Das Gebiet der Gehirn-Computer-Schnittstellen, in dem Ihre Gedanken von einem an einen Computer angeschlossenen Sensor erfasst und verstanden werden, gibt es seit den frühen 2000er Jahren. Vor vier Jahren haben Wissenschaftler der Northwestern University in Chicago mit einer ähnlichen Technik erfolgreich eine beschädigte Region des Rückenmarks umgangen und einem Rhesusaffen die motorische Armkontrolle zurückgegeben.

Daofen Chen, Programmdirektor für Systemneurowissenschaften am NIH, sagte Popular Mechanics, dass es zwei Bereiche gibt, in denen dieses Experiment neue Wege beschreitet: die erstaunliche Koordination der Affen und die präzise Muskelzuordnung.

"Das gelähmte Hinterbein muss stimuliert werden und koordiniert mit den anderen drei Beinen zusammenarbeiten", sagt Chen. "Man muss zum richtigen Zeitpunkt stimulieren." Diese ausgeklügelte Koordination steht im Mittelpunkt dieses Projekts, sagt Chen.

Diese verbesserte Koordination funktioniert jedoch nur, wenn Sie genau die richtigen Muskeln zur Stimulation gefunden haben. "Sie haben systematisch die Muskeln erfasst, die funktionieren sollen", sagt Chen. "Es ist nicht mehr die alte Methode, Signale in das Rückenmark zu sprengen. Es ist ein diskretes Aktivierungsmuster für relevante Motoneuronenpools."

Während das Schweizer Team das Konzept unter Beweis stellte, indem es den Affen etwas Mobilität zurückgab, warnte Chen, dass diese Forschung nur der Anfang ist. "Um zu wissen, wo genau Elektroden beim Menschen platziert werden müssen, müssen wir grundlegende Untersuchungen zum geeigneten Ort der spezifischen Muskelaktivierung durchführen", sagt Chen.

Ein Gehirnimplantat und ein Siliziummodell eines Primatengehirns. Lain Herzog / EFPL

Enabler oder Lösungen?

Diese Mensch-Maschine-Innovationen unterliegen gewissen Einschränkungen. Während Computerschnittstellen menschliche Gedanken lesen und entschlüsseln können, können sie diesen Gedanken nicht in ein Gehirn injizieren. Das ist wichtig, weil Bewegung keine Einbahnstraße ist, in der das Gehirn den Gliedmaßen und Extremitäten sagt, was zu tun ist - es erfordert eine Rückmeldung vom Körper an das Gehirn. Bestenfalls können solche Grenzflächen nur einen bestimmten Teil der motorischen Hirnrinde künstlich stimulieren, um simulieren Steuerung.

Daher ist es weitaus schwieriger, dieses Konzept beim Menschen umzusetzen. Die Fortbewegung des menschlichen Zweibeiners erfordert mehr als die Koordination von Impulsen, um das Bein zur richtigen Zeit zu strecken und zu beugen. Zwei-beinige Menschen balancieren auch mühelos, ändern die Richtung und navigieren durch eine Kombination von Gehirn- und Wirbelsäulenbefehlen, die wir noch nicht entschlüsseln konnten, über Hindernisse. Und wie eine andere in Nature veröffentlichte Studie zur Hirnwirbelsäule zeigt, müssen wir besser aufbereiten, da die Erfolgsquote beim Menschen unklar bleibt.

Wir sollten uns jedoch nicht darauf beschränken, diese Fortschritte als "gerätebasierte Magie" zu betrachten, sagt Chen. "Wir sollten drahtlose Gehirn-Wirbelsäulen-Schnittstellengeräte als Enabler betrachten", sagt er und nicht als Lösung. Die elektrische Stimulation von Gliedmaßen über externe Computerschnittstellen zum Wiederaufbau von "Schaltkreisen" von Gehirn-Wirbelsäulen-Motoneuronen wurde bei teilweise gelähmten Schlaganfallpatienten untersucht, einer Technik, die informell als Robotertherapie bezeichnet wird. Die Grundidee besteht darin, durch wiederholte Stimulation die Plastizität des Gehirns oder das Wiedererlernen verlorener motorischer Funktionen zu induzieren.

Jocelyne Bloch, die EPFL-Neurochirurgin, die hinter diesem Projekt steht, führt bereits eine klinische Studie durch, in der die Verwendung der Rückenmarkstimulation zur Therapie evaluiert wird - es ist kein invasives Gehirnimplantat erforderlich. Bei Erfolg könnte eine Stimulation bald die Mobilität von Tausenden und Abertausenden von Menschen verbessern, die an Verletzungen des unteren Rückenmarks leiden.

So ist das Alter des Android noch nicht ganz auf uns. In der Tat kann es nie sein. Dank der Opfer unserer Cousins ​​von Primaten bleiben wir jedoch menschlicher als die Humanoiden.

"Wir haben noch viel zu tun", sagt Chen, "aber dieser Schritt ist bedeutend und weckt große Hoffnungen."