Die medizinische Wissenschaft hat einen Durchbruch erzielt, der vor kurzem noch wie ein Szenario aus der Science-Fiction wirkte. Amerikanische Forscher des Feinstein Institutes for Medical Research in New York haben erstmals in der Geschichte einem gelähmten Menschen die Fähigkeit zurückgegeben, seine Hände zu bewegen. Die Ergebnisse dieses einzigartigen Experiments wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Medicine veröffentlicht.

Bis zu diesem Zeitpunkt wurden Technologien für Neurointerfaces hauptsächlich zur Steuerung externer Geräte verwendet: Computerzeiger oder Sprachsynthesizer. Jetzt gelang es Ärzten jedoch, die direkte Verbindung zwischen dem Gehirn und den eigenen Muskeln des Patienten wiederherzustellen und die Folgen der Lähmung zu überwinden.

Komplexe Operation und doppelte Umgehung

Die Hauptfigur des Experiments war Keith Thomas, ein Mann, der an einer vollständigen Lähmung aller vier Gliedmaßen litt. Um ihm die Kontrolle über seinen Körper zurückzugeben, führten die Spezialisten eine äußerst komplexe 15-stündige Operation durch. Während des Eingriffs wurden zwei Geräte mit jeweils fünf Elektrodenarrays in das Gehirn des Patienten implantiert.

Die Implantate im Schädel sind jedoch nur die halbe Miete. Auch auf die Haut der Hände des Patienten wurden Sensoren angebracht, die elektrische Signale in physische Bewegungen umwandeln können. Zur Wiederherstellung der Funktionen setzten die Wissenschaftler die Methode der doppelten neuronalen Umgehung (Shunting) ein.

Das Prinzip der Methode besteht in der Schaffung eines geschlossenen Kreises: Das Gehirn sendet einen Befehl, der Computer liest ihn aus, und die Sensoren an den Händen stimulieren die Muskeln mit elektrischem Strom. Damit das System reibungslos funktioniert, stellten Algorithmen des maschinellen Lernens die Gehirnimpulse den tatsächlichen Bewegungen gegenüber und kalibrierten die Einwirkstärke.

Rückkehr von Empfindung und Motorik

Die Ergebnisse übertrafen die Erwartungen. Konnte Thomas vor der Operation seine Arme nicht heben, so begann er nach einigen Monaten, sich selbstständig zu ernähren und Berührungen zu spüren. Während der 35-wöchigen Rehabilitation gelang es dem Patienten, 86 % des Muskeltonus der rechten Hand und 62 % der linken Hand wiederherzustellen.

Die Fähigkeiten des Patienten gingen weit über einfache Bewegungen hinaus. Thomas ist in der Lage, komplexe koordinierte Aktionen auszuführen: Er kann sich gleichzeitig mit einer Hand die Nase kratzen und mit der anderen den Mund abwischen. Dies beweist, dass das Gehirn erfolgreich gelernt hat, beide Gliedmaßen unabhängig voneinander zu steuern.

Die Schlüsselrolle des Feedbacks

Ein besonderes wissenschaftliches Interesse weckt die Einführung von Rückmeldungen (Feedback). Der Patient bewegt nicht nur seine Hände, sondern versteht auch, mit welcher Kraft er Gegenstände umgreift. Dafür wurde ein spezieller Sensor entwickelt, der die Greifkraft misst und diese Information über das Implantat zurück ins Gehirn überträgt.

Die Effektivität des Systems wurde an zerbrechlichen Gegenständen getestet. Thomas kann in 87 % der Fälle leere Hühnereier in die Hand nehmen, ohne die Schale zu zerbrechen. Dies beweist, dass die Technologie es dem Patienten ermöglicht, die Muskelkraft fein zu dosieren, was für die Feinmotorik von entscheidender Bedeutung ist.

Experten merken an, dass sich zwar die sensorischen Funktionen langsamer erholen als die motorischen, das Vorhandensein von Feedback jedoch neue Horizonte für die Rehabilitation von gelähmten Menschen eröffnet. Dieses Experiment war ein ernsthafter Schritt vorwärts in der Entwicklung von Technologien, die Menschen mit schweren neurologischen Störungen die Lebensqualität zurückgeben können.