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Wie eine Hirn-Computer-Schnittstelle den Tastsinn eines gelähmten Mannes wiederherstellen kann

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Forscher entdeckten kürzlich, dass eine Person mit einer Rückenmarkverletzung eine Gehirn-Computer-Schnittstelle verwenden kann, um gleichzeitig sowohl motorische Funktionen als auch den Tastsinn zu reanimieren.

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Zum ersten Mal seit 10 Jahren ist Ian Burkhart in der Lage, seinen Arm zu bewegen und zu fühlen, was er gerade berührt. Über die Ergebnisse wurde Ende letzten Monats in der Zeitschrift Cell berichtet.

Burkhart, der 2010 eine Rückenmarksverletzung (SCI) erlitt und dadurch gelähmt wurde, war der erste Teilnehmer an einer fünfjährigen Studie über Battelle's NeuroLife neurale Bypass-Technologie, ein Projekt, an dem Battelle in Zusammenarbeit mit Ärzten des Wexner Medical Center der Ohio State University gearbeitet hat. MD+DI berichtete bereits im August 2019 und im April 2016 über die Studie. Der jüngste Durchbruch kam durch die Analyse jahrelanger Daten, die im Rahmen der Studie mit Burkhart gesammelt wurden.

"Als der Chip 2014 auf der Oberfläche von Ians motorischem Kortex platziert wurde, war nicht bekannt, dass die Signale, die mit der Berührung von Objekten zusammenhängen, aufgrund der Lähmung beobachtet werden konnten", sagte der Hauptautor und Hauptforschungswissenschaftler von Battelle, Patrick Ganzer. "Darüber hinaus hat Ian eine sehr schwere SCI, die im Wesentlichen verhindern sollte, dass die Berührungssignale der Hand überhaupt das Gehirn erreichen"

Die Analyse hat jedoch gezeigt, dass die subperzeptive Berührung nach einer Rückenmarksverletzung den motorischen Kortex von Burkhart beeinträchtigt, obwohl es im Wesentlichen eine Blockade der Nerven in seinen Armen und ihrer Verbindung zurück zum Gehirn gibt. Wichtig ist, dass dieses subperceptuelle Signal im Gehirn erkannt, über die Hirn-Computer-Schnittstelle umgeleitet und an ein tragbares haptisches System zurückgeschickt werden kann, um den Tastsinn wiederherzustellen.

"Es war erstaunlich zu sehen, welche Möglichkeiten der sensorischen Information ein Gerät bietet, das ursprünglich dafür geschaffen wurde, dass ich meine Hand nur in eine Richtung steuern kann", sagte Burkhart.

Medizinische Technologien wie diese, die ihren Nutzern sowohl Bewegung als auch Empfindungen zurückgeben, haben das Potenzial, die Unabhängigkeit zu verbessern.

"Menschen dabei zu helfen, wieder ganzer zu werden und weniger abhängig von Betreuern zu werden, ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Lebensqualität", sagte Justin Sanchez, der als Battelle Life Sciences Technical Fellow tätig ist.

Das NeuroLife-Team von Battelle arbeitet derzeit an einem "Take-home Brain-Computer Interface"-System (BCI) für Menschen mit Tetraplegie, das auf die Bedürfnisse der Anwender eingeht, indem es die in der fünfjährigen klinischen Studie gewonnenen Erkenntnisse nutzt. Ziel ist es, diesen Personen technologische Optionen zur Verbesserung ihres Alltagslebens zur Verfügung zu stellen.

"Diese Arbeit stellt einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung von BCIs zur Wiederherstellung von Handfunktionen nach SCI dar", sagte Douglas Weber, Co-Investigator und außerordentlicher Professor für Bioingenieurwesen an der Universität Pittsburgh. "Ian hat gezeigt, dass sich durch die Wiederherstellung selbst einfacher Berührungsempfindungen seine Fähigkeit, seine Hand durch BCI zu kontrollieren, dramatisch verbessert"