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Elektronisches Implantat hilft gelähmtem Mann erstmals wieder zu gehen

Das revolutionäre drahtlose Gerät, das Gehirnwellen liest und Anweisungen an die Wirbelsäule sendet, um die richtigen Muskeln zu bewegen, hat es ihm ermöglicht, seine natürliche Beweglichkeit wiederzugewinnen, indem er einfach darüber nachdachte.

Im Jahr 2011 hatte Gert-Jan Oskam einen Motorradunfall, bei dem er von der Hüfte abwärts gelähmt war. Dank einer revolutionären neuen Technologie haben ihm Neurowissenschaftler nun wieder die Kontrolle über seinen Unterkörper gegeben.

„Seit zwölf Jahren versuche ich, wieder auf die Beine zu kommen“, sagte er in einer Pressekonferenz. „Ich habe gelernt, auf natürliche Weise normal zu gehen.“

In einer Studie veröffentlicht in der Zeitschrift Naturhaben Schweizer Forscher die Funktionalität des Geräts detailliert beschrieben, das kurz gesagt eine „digitale Brücke“ zwischen Oskams Gehirn und der Wirbelsäule darstellt und dabei alle verletzten Abschnitte umgeht.

Dadurch konnte er nur mit Hilfe eines Gehhilfen stehen, gehen, Treppen steigen und eine steile Rampe hinaufsteigen.

Über ein Jahr nach dem Einsetzen des Implantats hat er diese Fähigkeiten beibehalten und tatsächlich Anzeichen einer neurologischen Genesung gezeigt, da er auch dann mit Krücken gehen konnte, wenn das Implantat ausgeschaltet war.

Sensoren

„Wir konnten mithilfe einer digitalen Brücke die Kommunikation zwischen dem Gehirn und der Region des Rückenmarks wiederherstellen, die die Beinbewegung steuert“, erklärte Professor Gregoire Courtine an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (EPFL), das ein langjähriges Programm zur Entwicklung von Gehirn-Maschine-Schnittstellen zur Überwindung von Lähmungen durchführt.

„Das System kann die Gedanken von Gert-Jan erfassen und diese Gedanken in eine Stimulation des Rückenmarks umwandeln, um willkürliche Beinbewegungen wiederherzustellen.“

Das System, das sich (obwohl es ermutigend ist) noch im experimentellen Stadium befindet, funktioniert, indem es Oskams Gedanken über ein zweites Implantat in seiner Wirbelsäule elektronisch auf seine Beine und Füße überträgt.

Mithilfe drahtloser Signale verbindet es das Gehirn wieder mit Muskeln, die bei einer Verletzung der Rückenmarksnerven nutzlos werden.

Dies unterscheidet sich von einem früheren Versuch, bei dem Oskam mit einem Computer verbunden war, der Nachbildungen der rhythmischen Schritte des Gehens an seine Wirbelsäule sendete, obwohl die Bewegung eher roboterhaft war und durch einen Knopf oder Sensor ausgelöst werden musste.

Wissenschaftler überwachen das Gehirn

In diesem Update werden Elektroden auf Oskams installiert Einnahme von Medikamenten die neuronale Aktivität erkennen, wenn er versucht, seine Beine zu bewegen.

Die Messwerte werden dann von einem verarbeitet Decoder für künstliche Intelligenz Dadurch werden sie in Impulse umgewandelt, die an weitere Elektroden in der Wirbelsäule gesendet werden und dort Nerven und Muskeln aktivieren, um die beabsichtigte Bewegung hervorzurufen.

Dieser Algorithmus ist in der Lage, leichte Schwankungen in der Richtung und Geschwindigkeit jeder Muskelkontraktion oder -entspannung zu berücksichtigen, und da die Signale alle 300 Millisekunden gesendet werden, kann Oskam seine Strategie schnell darauf abstimmen, was funktioniert und was nicht. Es scheint auch die Rehabilitation zu fördern.

„Es ist mehr als zehn Jahre nach der Rückenmarksverletzung vergangen“, sagte Prof. Courtine.

„Stellen Sie sich vor, wir setzen die digitale Brücke einige Wochen nach einer Rückenmarksverletzung ein. Das Erholungspotenzial ist enorm.“

Grafik, die zeigt, wie Implantate im Gehirn und in der Wirbelsäule dabei helfen können, ein Signal an Nervenzellen in den Beinen weiterzuleiten

Den Untersuchungen zufolge mussten Chirurgen bei der Operation, die Oskam helfen sollte, seine natürliche Beweglichkeit wiederzuerlangen, auf jeder Seite seines Schädels zwei kreisförmige Löcher mit einem Durchmesser von 5 cm über den Gehirnregionen schneiden, in denen die Bewegung kontrolliert wird.

Anschließend setzten sie zwei scheibenförmige Implantate in zwei Sensoren ein, die an einem Helm auf seinem Kopf befestigt waren.

„Früher hatte ich das Gefühl, dass das System mich kontrolliert, aber jetzt kontrolliere ich es“, sagte Oskam und bezog sich dabei auf das vorherige computergestützte Projekt.

„Es ist so bewegend, ihn so natürlich laufen zu sehen“, sagte Prof. Courtine, dessen Ziel es ist, die Technologie zu miniaturisieren und zu kommerzialisieren, damit sie im täglichen Leben der Menschen eingesetzt werden kann.

„Es ist ein Paradigmenwechsel im Vergleich zu dem, was vorher verfügbar war.“

Zugänglichkeit