Lausanne – Neurowissenschaftler und Neurochirurgen der ETH Lausanne EPFL, des Waadtländer Universitätsspitals CHUV, des Universitätsspitals Lausanne und der französischen CEA haben die Kommunikation zwischen Gehirn und Rückenmark mit einer drahtlosen digitalen Brücke wiederhergestellt, die es einem gelähmten Menschen ermöglicht, wieder auf natürliche Weise zu gehen. Dies berichten sie in der Fachzeitschrift Nature.
«Wir haben eine drahtlose Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark mithilfe der Brain-Computer-Interface-Technologie (BCI) geschaffen, die Gedanken in Taten umwandelt», fasst Grégoire Courtine, Professor für Neurowissenschaften an der EPFL, dem CHUV und der UNIL zusammen.
In Nature wird die Situation des 40jährigen Niederländers Gert-Jan geschildert, der nach einem Fahrradunfall eine Querschnittslähmung erlitt. Die digitale Brücke ermöglichte es ihm, die natürliche Kontrolle über die Bewegungen seiner gelähmten Beine wiederzuerlangen, zu stehen, zu gehen und sogar Treppen zu steigen.
Eine digitale Brücke mit zwei elektronischen Implantaten: im Gehirn, im Rückenmark
Um diese digitale Brücke aufzubauen, werden zwei Arten von elektronischen Implantaten benötigt. Neurochirurgin Jocelyne Bloch, Professorin am CHUV, der UNIL und der EPFL, erklärt: «Wir haben WIMAGINE®-Geräte oberhalb der Hirnregion implantiert, die für die Steuerung der Beinbewegungen zuständig ist. Diese vom CEA entwickelten Geräte erlauben es, die vom Gehirn erzeugten elektrischen Signale zu entschlüsseln, wenn wir ans Gehen denken. Wir platzierten auch einen Neurostimulator, der mit einem Elektrodenfeld verbunden ist, über dem Bereich des Rückenmarks, der die Beinbewegungen steuert.
Guillaume Charvet, Leiter des BCI-Programms am CEA, ergänzt: «Dank Algorithmen, die auf Methoden der adaptiven Künstlichen Intelligenz basieren, werden Bewegungsabsichten in Echtzeit aus Gehirnaufzeichnungen entschlüsselt.» Diese Intentionen werden dann in Sequenzen der elektrischen Stimulation des Rückenmarks umgewandelt, die wiederum die Beinmuskulatur aktivieren, um die gewünschte Bewegung zu erreichen. Diese digitale Brücke funktioniert drahtlos, so dass sich der Patient selbstständig fortbewegen kann.
Wiederherstellung neurologischer Funktionen
Dank der von der digitalen Brücke unterstützten Rehabilitation konnte Gert-Jan neurologische Funktionen wiederherstellen, die er seit seinem Unfall verloren hatte. Forscher konnten beachtliche Verbesserungen seiner Sinneswahrnehmungen und motorischen Fähigkeiten messen, auch wenn die digitale Brücke ausgeschaltet war. Diese digitale Reparatur des Rückenmarks deutet darauf hin, dass sich neue Nervenverbindungen entwickelt haben.
Bisher wurde die digitale Brücke nur an einer Person getestet. Jocelyne Bloch und Grégoire Courtine erläutern, dass künftig eine vergleichbare Strategie zur Wiederherstellung der Arm- und Handfunktionen angewendet werden könnte. Sie fügen hinzu, dass die digitale Brücke auch bei anderen klinischen Indikationen wie Lähmungen infolge eines Schlaganfalls angewendet werden könnte.
Das Unternehmen ONWARD Medical hat gemeinsam mit CEA und EPFL von der Europäischen Kommission über den Europäischen Innovationsrat (EIC) Unterstützung erhalten, um eine kommerzielle Version der digitalen Brücke zu entwickeln, mit dem Ziel, die Technologie weltweit verfügbar zu machen. (mc/pg)