Gehirnimplantate, die Gedanken lesen und Gelähmten ihre Bewegungsfähigkeit zurückgeben

Dieser Artikel befasst sich mit den faszinierenden Fortschritten auf dem Gebiet der Gehirn-Computer-Schnittstellen, die Menschen mit Lähmungen dabei helfen, sich wieder zu bewegen, zu sprechen und sogar privat zu denken.

Die Geschichte von James Johnson: Vom Unfall zur Gedankensteuerung

James Johnson, ein Mann, der sich im März 2017 bei einem Go-Kart-Unfall das Genick brach, blieb unterhalb der Schultern nahezu vollständig gelähmt. Zuvor hatte er sich jahrelang um Menschen mit ähnlichen Behinderungen gekümmert, weshalb er wusste, was ihn erwartete – eine tiefe Depression und ein Gefühl der Hilflosigkeit. Sein Rehabilitationsteam brachte ihn jedoch mit Wissenschaftlern des California Institute of Technology in Pasadena zusammen, die ihn zur Teilnahme an einer klinischen Studie zu einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) einluden. Dies bedeutete einen neurochirurgischen Eingriff, bei dem ihm zwei Elektrodenfelder in die Großhirnrinde implantiert wurden. Diese Elektroden erfassen Signale von Neuronen, die von Algorithmen in Gedanken und Absichten dekodiert werden.

Johnsons Implantat wurde im November 2018 eingesetzt. Als er es zum ersten Mal benutzte, bewegte er den Cursor auf einem Computerbildschirm allein mit seinen Gedanken. Er beschrieb es als eine Szene aus dem Film Matrix – man schloss ihn an einen Computer an, und plötzlich konnte er den Cursor steuern, indem er sich lediglich eine Bewegung vorstellte. Seitdem steuerte er damit einen Roboterarm, bearbeitete Bilder in Photoshop, spielte Shooter und fuhr sogar ein simuliertes Auto in einer virtuellen Umgebung, in der er die Geschwindigkeit änderte, lenkte und auf Hindernisse reagierte. „Ich bin immer wieder erstaunt darüber, was wir alles schaffen können“, sagte Johnson, „und es ist wirklich großartig.“

Dieser Fall ist einer von etwa 35 Menschen, denen langfristig eine BCI implantiert wurde. Die meisten dieser Implantate stammen vom Unternehmen Blackrock Neurotech in Salt Lake City im US-Bundesstaat Utah, doch das Interesse an diesem Bereich wächst. Im Jahr 2016 gründete der Unternehmer Elon Musk in San Francisco das Unternehmen Neuralink, das 363 Millionen Dollar (etwa 8,4 Milliarden CZK) für die Verbindung von Menschen mit Computern einwarb.

Von den ersten Versuchen zu fortgeschrittenen Fähigkeiten

Das erste langfristige BCI-Implantat erhielt im Juni 2004 ein Mann, der nach einer Stichverletzung gelähmt war. Die Elektroden wurden ihm in den motorischen Kortex eingesetzt, den für Bewegungen zuständigen Bereich des Gehirns. Eine Studie aus dem Jahr 2006 unter der Leitung von Leigh Hochberg, einem Neurologen der Brown University in Providence und des Massachusetts General Hospital in Boston, zeigte, wie dieser Mann allein mit seinen Gedanken einen Cursor auf dem Bildschirm, einen Fernseher und Roboterarme steuerte. Es war langsam und ungenau, bewies jedoch, dass es möglich ist, Signale aus der Großhirnrinde zu erfassen und zur Steuerung von Geräten zu nutzen.

Heute sind BCI dank maschinellen Lernens, das neuronale Aktivität dekodiert, ohne jedes Signal im Detail verstehen zu müssen, wesentlich ausgefeilter. Algorithmen ordnen Aktivitätsmuster den Absichten des Benutzers zu. Im Jahr 2021 implantierte das Team von Robert Gaunt und Jennifer Collinger von der University of Pittsburgh in Pennsylvania Elektroden in den somatosensorischen Kortex, wo Berührungen verarbeitet werden. Dadurch konnte ein gelähmter Mensch über einen mit Drucksensoren ausgestatteten Roboterarm Druck empfinden – die Zeit, die er zum Aufheben eines Gegenstands benötigte, verkürzte sich von 20 auf 10 Sekunden.

Richard Andersen vom California Institute of Technology erforscht den posterioren parietalen Kortex, der Bewegungen auf einer höheren Ebene plant, etwa „Ich möchte etwas trinken“. Sein Kollege Tyson Aflalo beschrieb, wie dies die Dekodierung von Absichten beschleunigt. Dadurch steuert Johnson einen Fahrsimulator, während ein anderer Teilnehmer auf einem virtuellen Klavier spielt.

Vom Schreiben mit Gedanken zur geschützten inneren Sprache

Für Menschen, die ihre Sprechfähigkeit verloren haben, sind BCI der Schlüssel zur Kommunikation. Edward Chang, Neurochirurg an der University of California in San Francisco, entwickelte ein System, das Phoneme – die grundlegenden Laute der Sprache – aus dem dorsalen laryngealen Kortex dekodiert. Im Jahr 2021 ermöglichte es einem Menschen nach einem Schlaganfall, mit 15 Wörtern pro Minute aus einem vorab ausgewählten Wortschatz von 50 Wörtern zu kommunizieren.

Krishna Shenoy und Frank Willett von der Stanford University erreichten im Jahr 2021 eine Geschwindigkeit von 90 Zeichen pro Minute, indem sich der Teilnehmer Dennis Degray vorstellte, mit der Hand zu schreiben. Das System erkannte die Buchstaben mit einer Genauigkeit von 95 %, die durch Autokorrektur auf 99 % gesteigert wurde. Degray, der vom Hals abwärts gelähmt ist, beschrieb es wie das Erlernen des Schwimmens – zunächst chaotisch, dann ganz natürlich.

Ujwal Chaudhary von der Universität Tübingen in Deutschland stellte im Jahr 2022 die Kommunikationsfähigkeit eines Mannes mit amyotropher Lateralsklerose (ALS) wieder her, der selbst die Fähigkeit verloren hatte, seine Augen zu bewegen. Er verwendete Töne, welche die neuronale Aktivität nachahmten – einen höheren Ton für „Ja“ und einen tieferen für „Nein“ –, wodurch sich ungefähr ein Buchstabe pro Minute auswählen ließ.

Der jüngste Fortschritt stammt von Erin Kunz von der Stanford University. Ihr Team entwickelte im Jahr 2025 eine BCI, die innere Sprache – den stillen Dialog im Kopf – bei vorgegebenen Sätzen mit einer Genauigkeit von bis zu 74 % dekodiert. Das Gerät funktioniert nur, wenn der Benutzer an ein bestimmtes Passwort denkt, wodurch die Privatsphäre geschützt wird. Die Signale stammen aus dem motorischen Kortex von vier Teilnehmern, die aufgrund eines Schlaganfalls oder von ALS Sprachprobleme haben. Sarah Wandelt von den Feinstein Institutes for Medical Research in New York lobte diesen Schritt als technisch beeindruckend und wichtig für den Schutz der Privatsphäre.

Neuralink und die Zukunft: Drahtlose Implantate und neue Anwendungen

Das von Elon Musk gegründete Unternehmen Neuralink erzielt revolutionäre Fortschritte. Sein Link-Gerät ist kompakt, drahtlos und wird mit 64 dünnen Fäden, die 1.024 Elektroden enthalten, in den Schädel implantiert. Der erste öffentlich bekannte Patient, Noland Arbaugh, der eine Rückenmarksverletzung hat, steuerte einen Computer mit seinen Gedanken, spielte Schach und gewann seine Selbstständigkeit zurück. Die Implantation erfolgt mithilfe einer Roboteroperation, um eine präzise Platzierung im Kortex zu gewährleisten.

Link wird drahtlos aufgeladen, zeichnet die Aktivität rund um die Uhr und selbst im Schlaf auf und überträgt die Daten per Bluetooth. Neuralink entwickelt außerdem Blindsight zur Wiederherstellung des Sehvermögens. Diese Innovationen öffnen die Tür zur Behandlung eines breiteren Spektrums von Erkrankungen wie ALS oder psychiatrischen Störungen. Diese Technologien sind nicht nur Science-Fiction – sie sind eine reale Hoffnung für Tausende von Menschen. Mit weiteren Studien werden sie zugänglicher und sicherer werden, doch der Schutz der Benutzer bleibt entscheidend.

Quelle: www.nature.com