Gehirnimplantat zeigt vielversprechende Resultate bei Tetraplegie

Die funktionelle Elektrostimulation (FES) kann zu einer Funktionsverbesserung der Arme und besonders der Hände bezüglich des Greifens führen. In Kombination mit einem Neuro-Bypass soll diese nun Tetraplegikern im Alltag helfen.

Tetraplegiker Brian Gomez hat dank des Implantats eine verbesserte Beweglichkeit der Hand und hat eine verbesserte Griffstärke.

Wissenschaftler am US-amerikanischen Ronald Reagan UCLA Medical Center testen ein Implantat, das mittels Elektrostimulation die Lähmungshöhe umgehen kann und das vielversprechende Resultate bei der Wiederherstellung willentlicher Bewegung bei Querschnittlähmung zeigt: Sowohl Fingerkontrolle als auch Griffstärke wurden bei der Testperson um 300% gesteigert.

Im Juni 2016 unterzog sich Tetraplegiker Brain Gomez einer Operation, bei der ihm der experimentelle 32-Elektroden-Stimulator unterhalb der Lähmungshöhe ins Rückenmark eingesetzt wurde. Gomez Lähmungshöhe liegt bei C 5; seine (inkomplette) Querschnittlähmung zog er sich 2011 bei einem Motorradunfall zu.

„Im Rückenmark sind Pfade enthalten, die genutzt werden können, um die Verletzungsstelle zu umgehen und die Signale, die das Gehirn sendet, zu den Gliedmaßen zu leiten“, erklärt Neurochirurg Dr. Daniel Lu von der David Geffen School of Medicine an der UCLA. „Die Elektrostimulation trainiert das Rückenmark diese Pfade auch zu benutzen.“

Die Methode

Obwohl es ähnliche Verfahren mit ähnlich guten Ergebnissen gibt, bleiben jedoch wesentliche Unterschiede: Entweder fanden die Studien nur im Tiermodell statt und man weiß nichts darüber, welche Ergebnisse sie beim Menschen liefern würden, oder die Methoden verwenden künstliche Gliedmaßen. Das vorliegende Verfahren der UCLA ist einzigartig, da es Menschen hilft ihre eigenen Hände zu bewegen. Zudem wird das Implantat im Rückenmark angebracht und nicht im Gehirn (vgl.: Neuro-Bypass für Tetraplegiker). Vereinfacht ausgedrückt, sorgt die Methode dafür, dass sich die Nervensignale verhalten wie ein Autofahrer, der einen Stau vermeiden will. „Wenn es auf der Straße einen Unfall gegeben hat, kommt der Verkehr zum dort zum Erliegen, aber es gibt ein paar andere Straßen, auf denen man den Unfall umgehen kann, wenn man einen kleinen Umweg fährt“, erklärt Lu. „Mit dem Rückenmark ist das ähnlich.“

Zusätzlich zu dem Stimulator selbst, wurden Gomez am unteren Rücken auch eine etwa handflächengroße Batterie und eine Prozesseinheit implantiert. Gesteuert wird diese über eine Fernbedienung, mit denen die Ärzte bzw. der Patient selbst die Frequenz und Intensität der Stimulation steuern können. Verschiedene Parameter können damit nach oben oder unten reguliert werden und der Stimulator kann so programmiert werden, dass er spezifische Elektroden aktiviert. Dies sei laut Lu ein fortlaufender Prozess, der das Rückenmark neu programmiere und mit der Zeit den Patienten Kraft und Mobilität in den Händen zurückgäbe.

Im Fall der insgesamt drei Versuchspersonen, konnten die Forscher eine Zunahme von Kraft und Mobilität von bis zu 300% beobachten.

Die Methode entstand in Anlehnung an die von Forschern der UCLA bereits erfolgreich eingesetzte invasive Elektrostimulation (im Vergleich dazu ist die funktionelle Elektrostimulation nicht invasiv), die dafür sorgen soll, dass Patienten mit tiefen Lähmungen die Fähigkeit zu Stehen und ihre Beine zu bewegen zurückerlangen sollen. Ob ein ähnlicher Ansatz auch bei der Wiedererlangung der Handfunktion bei Tetraplegikern helfen könnte, war anfangs umstritten, doch die Erfolge geben den Forschern Recht.

Die Verbesserungen, die Gomez erlebt, wirken sich sowohl auf sein Privat- als auch sein Berufsleben aus. Besonders erfreulich sind die Fortschritte, die er macht, vor dem Hintergrund, dass der Unfall, der ihn lähmte, bereits über fünf Jahre zurückliegt. Gewöhnlich treten Verbesserungen der Funktionen bei Rückenmarksverletzungen innerhalb der ersten Monate bis max. einem Jahr nach Eintritt der Lähmung auf. Nach Ablauf dieser Frist, können sie zwar auch vorkommen, sind aber selten. Gomez erschien den Forschern dennoch als der perfekte Kandidat für den Versuch, da er nicht nur über Restsensibilität von der Hand zum Zeh verfügte, sondern auch eine positive und motivierte Grundhaltung mitbrachte. Die Motivation, sich voll und ganz auf die Methode einzulassen und für den Erfolg zu arbeiten, braucht Gomez. Denn mit dem Einsatz des Implantats ist es nicht getan – Gomez muss mehrmals in der Woche in die Klinik kommen, um Reha-Übungen zu machen, seine Fortschritte messen und den Stimulator neu kalibrieren zu lassen.

Die Aussichten

“Während die Hand von Unverletzten normalerweise dazu in der Lage ist 100 bis 200 Kraft Newton aufzubringen, kann im Fall von Tetraplegikern (wenn die Funktion überhaupt noch gegeben ist) oft gerade mal 1 bis 2 Kraft Newton aufgebracht werden,“ sagt Lu. “Unser Ziel ist es unsere Patienten auf ein Niveau von 20 bis 30 zu bringen. Allein dies könnte eine enorme Verbesserung ihrer Lebensqualität bedeuten.“ Lu bezieht sich dabei auf die Ausführung alltäglicher Bewegungen wie das Heben von Kaffeetassen, das Schneiden von Essen oder auch das Zähneputzen.

Derzeit ist das Verfahren nicht dazu geeignet die Handfunktion wieder vollständig herzustellen. Bei einer Weiterentwicklung des Systems sollten Patienten in der Zukunft allerdings mit weiteren Verbesserungen der Handfunktion rechnen können. Bis Februar 2019 gab es keine Veröffentlichungen zu weiteren Entwicklungen.