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Bei dem Implantat handelt es sich um eine drahtlose Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle, die den Unterbruch in den Nerven des Rückenmarks überbrücken soll. Normalerweise sendet der sogenannte Motorkortex - das Hirnareal, das Bewegungen plant - Signale über diese Nerven an die Muskeln der Gliedmassen, um Bewegungen auszulösen. Bei einer Rückenmarksverletzung kommen diese Signale jedoch nicht bei den Muskeln an.
Das Forscherteam um Grégoire Courtine von der ETH Lausanne (EPFL) berichtet nun im Fachjournal «Nature» von ersten Erfolgen der neuartigen Schnittstelle bei einem Affen mit einem gelähmten Bein. Das System besteht aus mehreren Elementen: Im Gehirn implantierte Elektroden messen die Signale des Motorkortex und senden sie per Funk an einen Computer.
Der Computer übersetzt die Hirnsignale mittels eines speziellen Algorithmus in ein Muster elektrischer Impulse und sendet diese Informationen an einen in der Nähe des Rückenmarks implantierten Pulsgenerator. Über ein Kabel steuert dieser wiederum Elektroden, die an spezifischen Stellen des Rückenmarks unterhalb der Verletzung angebracht wurden und die Nerven spezifisch stimulieren, um die Muskeln zu bewegen, wie es der Motorkortex vorgibt.
So überbrückt das System den Unterbruch der Kommunikation zwischen Gehirn und Muskeln und erlaubt es dem Tier, die Kontrolle über das gelähmte Bein zurückzugewinnen. «Der Affe war sofort in der Lage zu laufen, sobald die Hirn-Rückenmarks-Schnittstelle aktiviert war. Es waren keine Physiotherapie und kein Training nötig», liess sich Erwan Bezard von der Universität von Bordeaux in einer Mitteilung der EPFL von Mittwoch zitieren.
Bezard und sein Team arbeiteten mit den EPFL-Wissenschaftlern zusammen, um das Gerät in den Affenversuchen zu testen. «Das ist das erste Mal, dass Neurotechnologie die Bewegungsfähigkeit in Primaten wiederherstellt», betonte Courtine gemäss der Mitteilung. Das Gerät könnte auch bei schwereren Rückenmarksverletzungen funktionieren, wahrscheinlich mit Unterstützung pharmakologischer Wirkstoffe, so die Forschenden.
Entwickelt und getestet haben die EPFL-Forschenden das Gerät in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern, unter anderem dem Universitätsspital Lausanne CHUV, der amerikanischen Brown University und der Universität von Bordeaux sowie verschiedenen Unternehmen.
«Diese Verbindung zwischen dem Entschlüsseln von Hirnsignalen und der Stimulation des Rückenmarks - also diese Kommunikation herzustellen - das ist komplett neu», liess sich Neurochirurgin Jocelyne Bloch vom CHUV in der Mitteilung zitieren. Zum ersten Mal könne sie sich vorstellen, dass ein komplett Querschnittsgelähmter dank eines solchen Implantats dereinst wieder die Beine bewegen könnte.
«Es liegen noch viele Herausforderungen vor uns», betonte Courtine. «Es könnte noch mehrere Jahre dauern, bis alle Komponenten dieses Eingriffs an Menschen getestet werden können.»
Einen ersten kleinen Schritt in diese Richtung machen die Forschenden bereits: Bloch leitet derzeit eine klinische Machbarkeitsstudie, die den therapeutischen Nutzen der elektrischen Stimulation des Rückenmarks bei Gelähmten überprüft, um die Beine zu bewegen. Allerdings testen sie dies ohne das Hirnimplantat.