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Die Meldung ging Ende Januar 2024 um die Welt. Tech-Milliardär Elon Musk gab bekannt, seine Firma Neuralink habe einem Mann mit Querschnittlähmung einen Chip ins Gehirn implantiert. Im März veröffentlichte das Unternehmen ein Video, in dem der Patient mithilfe des Chips Gedanken an einen Computer übertragen und auf diesem angeblich sogar Schach spielen konnte.

Wie funktioniert der Chip im Gehirn?

Der Gehirn-Chip von der Größe einer Münze wurde dem Mann im Rahmen einer Studie in eine Hirnregion implantiert, die für Bewegungen zuständig ist. Dabei registrieren die mit dem Chip implantierten Elektroden die Aktivität dieses Gehirnareals. So sollen Patientinnen und Patienten beispielsweise einen Computer oder ein Smartphone bedienen können, allein, indem sie sich dies vorstellen. Das Verfahren ist unter anderem für Menschen gedacht, deren Arme und Beine durch eine Verletzung des Rückenmarks gelähmt sind.

Was ist das Neue an dem Chip im Gehirn?

Anders als viele Medien es nach der Mitteilung von Elon Musk meldeten, ist die Implantation von Elektroden ins Gehirn nichts vollständig Neues. Mehrere Arbeitsgruppen experimentieren schon seit Längerem mit ähnlichen Implantaten. Neuartig bei Musks Firma Neuralink ist die Elektrodentechnologie, sagt Ingenieur Prof. Dr. Rüdiger Rupp, Leiter der Sektion Experimentelle Neurorehabilitation im Querschnittzentrum der Uniklinik Heidelberg: „Das System besteht aus bis zu 1024 Einzeldrähten und damit aus viel mehr und viel dünneren Elektroden als bei anderen Ansätzen.“ Der Chip wird mit einem vollautomatischen Implantationsroboter eingesetzt.

Der Gehirn-Chip von Elon Musks Firma Neuralink besteht aus einer Batterie und Mikrochips, die Signale der Elektroden erfassen.

Der Gehirn-Chip von Elon Musks Firma Neuralink besteht aus einer Batterie und Mikrochips, die Signale der Elektroden erfassen.

Eine weitere Neuerung: Die Daten des Implantats werden durch die Schädeldecke kabellos übertragen. Das senkt das langfristige Infektionsrisiko. Bislang ist allerdings nicht klar, wie lange die Elektroden funktionsfähig bleiben. „Beim bislang fortschrittlichsten System einer anderen Arbeitsgruppe bildet sich über Monate hinweg Narbengewebe um die Elektroden“, so Rupp.

Ein lange funktionierendes System wäre aber wegen des Infektionsrisikos bei dem Eingriff wichtig. Ein Austausch sei nicht ohne Weiteres möglich, sagt Rupp. Und es sei eher unwahrscheinlich, dass die sehr dünnen Neuralink-Elektroden über viele Jahre ihre Arbeit tun.

Wie kann ein Chip im Gehirn kranken Menschen helfen?

Im Gegensatz zur Musk-Firma Neuralink konnten andere Arbeitsgruppen ihre Erfolge bereits in wissenschaftlichen Publikationen veröffentlichen. Schon im Jahr 2004 hatte ein Forschungsteam einem Mann mit Querschnittlähmung einen Gehirn-Chip implantiert. Der Patient konnte daraufhin den Mauszeiger auf einem Computerbildschirm steuern, eine E-Mail anklicken sowie eine Handprothese öffnen und schließen.

Im Jahr 2013 gelang es einer Frau mit einer hochgradigen Lähmung mittels Gehirn-Computer-Verbindung sogar, einen mehrgelenkigen Roboterarm in verschiedene Richtungen zu steuern. „Das ist bislang das Maximale, das man erreichen kann, wenn man Elektroden ins Gehirn einbringt“, sagt Neuroingenieur Rüdiger Rupp.

Was ist das Ziel der Forschung mit Gehirnchips?

Das Ziel dieser Forschung mit Gehirnchips sind Assistenz-Roboter, die Schwerstgelähmten bei der Pflege und Alltagsbewältigung helfen. „Die Erfahrungen der letzten zehn Jahre mit solchen Systemen zeigen allerdings, dass diese von Patienten nicht gut akzeptiert werden“, sagt Rupp. Es gebe schließlich Risiken. Und Menschen mit Querschnittlähmungen, die auch die Arme betreffen, hätten auch Alternativen bei der Steuerung von Geräten. Etwa über Sprache oder Augenbewegungen.

Die Elektroden im Gehirn erfassen die Gehirnströme in dem Areal, das für Bewegungen zuständig ist. Ein Computer verarbeitet die Signale und übersetzt sie für einen Roboterarm.

Die Elektroden im Gehirn erfassen die Gehirnströme in dem Areal, das für Bewegungen zuständig ist. Ein Computer verarbeitet die Signale und übersetzt sie für einen Roboterarm.

Weiter als Neuralink ist auch eine Arbeitsgruppe aus Lausanne um den Neurowissenschaftler Prof. Dr. Grégoire Courtine, die Querschnittgelähmten ihre Beweglichkeit zurückgeben möchte. „Die Absicht zu gehen wird dabei über spezielle Elektroden erkannt“, erklärt Prof. Dr. Surjo Soekadar, Psychiater und Klinischer Neurotechnologe an der Berliner Charité. „Diese werden auf die Gehirnoberfläche implantiert und dann direkt an einen Stimulator weitergeleitet, der das Rückenmark elektrisch reizt.“ Ein Patient mit unvollständiger Querschnittlähmung konnte damit nach langem Training aufrecht stehen, Treppen steigen und sogar über schwieriges Gelände gehen.

Könnten Gehirnchips bei der Kommunikation helfen?

Vielleicht noch größer wäre der Gewinn für Menschen, die aufgrund einer Lähmung nicht mehr sprechen können. Patientinnen und Patienten mit Locked-in-Syndrom sind regelrecht eingeschlossen in ihren Körper, können trotz eines intakten Gehirns oft nur noch blinzeln und die Augen bewegen. Die Ursache kann beispielsweise die Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) sein.

Eine Forschungsgruppe in den Niederlanden um den Psychologen Nick Ramsey ermöglichte es einer Frau mit Locked-in-Syndrom, mit Gedankenkraft zwei Buchstaben pro Minute in ein Computerprogramm einzutippen. Eine Patientin mit weniger fortgeschrittener ALS schaffte in einer anderen Studie sogar 62 Wörter pro Minute.

Schwierig ist bisher aber die Anwendung der Entwicklungen außerhalb von Studien. Zwar hofft eine Firma nach erfolgreichen Tests bei ALS-Erkrankten auf die Zulassung ihres Systems. Nur dann wäre ein Einsatz im Alltag möglich. Stand heute hat es aber noch keine Anwendung zur Alltagstauglichkeit und Marktreife gebracht.


Quellen:

  • Neuroscience News: Neuralink Announces First Brain Chip Implant in Humans. https://neurosciencenews.com/... (Abgerufen am 17.04.2024)
  • Neuralink: Join Neuralink's Patient Registry, Current Clinical Trials (U.S. Only). https://neuralink.com/... (Abgerufen am 17.04.2024)
  • Hochberg LR et al.: Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. In: Nature 13.07.2006, 442: 164-171
  • Hochberg RL: Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. In: Nature 01.05.2013, 485: 372-375
  • Willett FR et al.: High-performance brain-to-text communication via handwriting. In: Nature 13.05.2021, 593: 249-254
  • Willett FR et al.: A high-performance speech neuroprosthesis. In: Nature 31.08.2023, 260: 1031-45
  • Vansteensel MJ et al.: Fully Implanted Brain–Computer Interface in a Locked-In Patient with ALS. In: NEJM 24.11.2016, 375: 2060-66
  • Vilela M & Hochberg RL: Applications of brain-computer interfaces to the control of robotic and prosthetic arms. In: Handb. Clin. Neurol. 01.01.2020, 168: 87-89