Das bionische Rückgrat

Australische Forscher des Royal Melbourne Hospital haben ein “bionisches Rückgrat” entwickelt, das es Querschnittgelähmten, Amputierten und Schlaganfallpatienten ermöglichen soll, künstliche Gliedmaßen mit den Gedanken zu steuern. 

bionicspine

Ein Video, dass im Februar 2016 die Runde durch einschlägige Foren macht, trägt den englischen Titel „The bionic spine could enable paralyzed patients to walk again“ (dt.= „Das bionische Rückgrat könnte gelähmte Patienten befähigen wieder zu laufen“) – was leider ein bisschen irreführend ist. Suggeriert wird, dass das Implantat die Gehfähigkeit der eigenen Gliedmaßen wiederherstellt. Tatsächlich ist es aber so, dass mit Hilfe des bionischen Rückgrats künstliche Glieder (Arme und Beine) per Gedankenkraft gesteuert werden können (vgl.: Neuro-Bypass für Tetraplegiker und Handprothese überträgt Empfindungen).

So funktioniert das bionische Rückgrat

Über Gehirnimplantaten sollen Patienten mit neurologischen Schäden, u. a. Querschnittgelähmte, Roboterarme (siehe: Titan Arm – Prototyp eines Exoskelettarms) oder –beine kontrollieren können. Das Team um Dr. Thomas Oxley, Forschungsleiter von Melbourne Bionics am Royal Melbourne Hospital, kombiniert hierzu Methoden der Neurologie mit biomedizintechnischen Errungenschaften, um Gehirnsignale, die die verletzte Rückenmarkstelle nicht überwinden können, weiterzuleiten.

Das drei Zentimeter lange, flexible Implantat wird über die Blutgefäße eingebracht und wird über ein spezielles bildgebendes Verfahren an die vorher definierte Stelle im Gehirn gelenkt. Dort dehnt es sich aus und haftet an der Wand der Blutgefäße, sodass ein Wandern im Körper verhindert wird. Es kann Gehirnaktivität, d. h. die Informationen, die die Neuronen senden, in Echtzeit erfassen. Die Gehirnsignale, die für die Steuerung von Gliedmaßen zuständig sind, werden von dem Implantat entschlüsseln und an einen Computer weiterleiten, der sie übersetzt und dann die Bewegung in den künstlichen Gliedmaßen, z. B. einem Roboterarm, auslöst. Patienten, in die das bionische Rückgrat implantiert ist, sollen so Bewegungen alleine durch unterbewusste Gehirnaktivität vornehmen können. Vorausgesetzt natürlich sie sind nicht nur mit dem Implantat sondern auch mit einem entsprechenden Exsoskelett (siehe: Exoskelette – Schritte in die Zukunft) bzw. eine Prothese versorgt.

Die Vision Thomas Oxleys

Bei Querschnittgelähmten funktionieren die Gehirnareale, die für die Steuerung von Bewegungsabläufen zuständig sind. Die Signale werden über das Rückenmark geleitet, kommen aber nicht an ihrem Bestimmungsort (den Armen und Beinen) an, da sie an der Stelle, an der das Rückenmark durchtrennt ist, hängen bleiben. Die gewünschte Bewegung kann also nicht ausgeführt werden. „Wieso sollte es nicht möglich sein, einen Weg zu finden, das Signal auf andere Art und Weise weiterzuleiten?“ sagt Oxley, der bereits seit mehreren Jahren an dem bionischen Rückgrat forscht. „Wenn das Signal so aufbereitet werden kann, dass es in künstliche Gliedmaßen, Computertastaturen oder sogar ganze Exoskelette geleitet und dort entsprechend interpretiert werden kann, dann wird es für gelähmte Menschen möglich sein, die Kontrolle über ihre Umwelt wiederzuerlangen.“

Schnell und minimalinvasiv

Im Gegensatz zu anderen Gehirn-Computer-Schnittstelle (Brain Computer Interface, BCI) Technologien, die derzeit entwickelt werden, verfügt das australische Team, wie oben erklärt, über ein minimalinvasives Vorgehen um die Elektroden im Gehirn zu implantieren.

„Das ist das besondere Alleinstellungsmerkmal unserer Technik. Sie ist potentiell deutlich sicherer als andere Methoden und daher besser geeignet für eine große Zielgruppe eingesetzt zu werden“, sagt der Spezialist für Biomedizintechnik, Dr. Nick Opie.

Update 2020: Über die 2017 durchgeführte Testphase hinaus liegen keine weiteren Informationen über das System in der Praxis vor.

Das englischsprachige, kostenpflichtige Abstract zu Studie ist hier abrufbar: Minimally invasive endovascular stent-electrode array for high-fidelity, chronic recordings of cortical neural activity.