Gehirnimplantate gegen Zitterpartien

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Der Chip im Hirn klingt immer noch nach Science Fiction. Für viele Parkinson-Patienten ist er allerdings längst keine Zaubertherapie mehr. Und aktuelle Entwicklungen eröffnen ganz neue, faszinierende Möglichkeiten.

Was haben Elektronik und unser Gehirn gemeinsam? Beide nutzen elektrische Impulse zur Informationsverarbeitung. Ein Chip zwischen den 100 Milliarden geschätzten Nervenzellen ist also nicht so ungewöhnlich, wie es scheint. Und für Tausende von Parkinsonpatienten seit Jahrzehnten die letzte Hoffnung.

Schon vor 30 Jahren setzten Neurochirurgen erstmals wenige Quadratmillimeter kleine Elektroden in eines der überaktiven Areale im Gehirn. Über Kabel mit einer Batterie unter der Haut verbunden, hemmen sie seitdem mit schwachen Strömen bei Impulsfrequenzen zwischen 100 und 200 Hertz die Aktivität der Hirnregion und reduzieren so die Bewegungsstörungen. Weltweit tragen bereits über 60.000 Parkinson-Patienten solche Hirnschrittmacher.

Fünfundzwanzig Jahre später wartet nun die Methode der tiefen Hirnstimulation (THS) auf die Zulassung auch für schwere Depressionen. Überhaupt wird die Liste der Krankheiten, die in Zukunft direkt im Gehirn behandelt werden sollen, immer länger. Dazu gehören chronische Kopfschmerzen, Epilepsie, neuerdings auch Zwangs- und Angststörungen oder Suchtverhalten. Für Epilepsie sind solche Systeme in der EU seit 2010 zugelassen.

Ähnlich wie bei der künstlichen Intelligenz zeigt die Praxis, dass die Methode funktioniert. Wie sie aber wirkt, darüber ist man sich nicht klar. Die Erklärungen reichen von einer Hemmung der Aktivität in den stimulierten Hirnarealen bis zur Anregung nachgeschalteter Zentren.

Gehirnimplantate als Frühwarnsystem

Die Stimulierung von Hirnarealen ist aber nur ein Aspekt der Neurochips. Es geht auch in die andere Richtung. Für Epileptiker sind sie eine Art Frühwarnsystem, indem sie die Hirnwellen registrieren und bei typischen Auffälligkeiten eine Warnung absenden.

Überhaupt regt die Messung der „Gedanken“ die Phantasie um einiges stärker an, als Behandlungen mit Stromimpulsen. Schon vor Jahren hatten Wissenschaftler der Washington University einen Computer-Cursor mittels Gehirnimplantate steuern lassen, indem sie die von der Gehirnrinde abgeleitete elektrische Aktivität aufzeichneten. Das menschliche „Versuchskaninchen“ musste dazu an gewisse Vokale denken.

Ein erster „Gedankensteuerer“ mit Querschnittslähmung konnte letztes Jahr durch einen Mini-Computerchip in dem zuständigen Hirnareal und einer Unterarm-Manschette mit 130 Elektroden seine Hand wieder bewegen. Die Wissenschaftler von der Ohio State University entwickelten dazu eine lernfähige Software, die charakteristische Muster der Gehirnaktivitäten decodieren und anschließend an den Arm senden konnte.

Ähnliches leistet ein Neuro-Chip der École Polytechnique Fédérale in Lausanne (EPFL). Er zeichnet Bewegungsimpulse im Gehirn eines Affen auf und sendet sie an einen Computer. Dieser erstellt ein Simulationsprotokoll für einen Taktgeber, der über 16 Elektroden die Beinmuskeln unseres Vorfahren bewegt.

Medikament „inside“

Alltagstauglich sind die „Gedankenleser“ aber noch lange nicht. Dazu müssten sie kleiner und drahtlos werden. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Gehirnimplantate über einen längeren Zeitraum im Körper „am Laufen“ zu halten. Denn das Immunsystem identifiziert sie nach einer Weile als Fremdkörper. Dadurch wird ihre Funktionsweise so eingeschränkt, dass sie nach einigen Wochen kaum noch Signale verarbeiten.

Eine neue Mikrosonde mit medikamentös beschichteten Elektroden könnte da jetzt Abhilfe schaffen. Sie wächst entzündungsfrei in das Nervengewebe ein und liefert auch nach zwölf Wochen noch volle Signalstärke. Das Polymer PEDOT speichert dazu etwa das entzündungshemmende Präparat Dexamethason und setzt es beim Anlegen einer Spannung wieder frei. So wird das Medikament direkt um das Implantat herum ausgeschüttet, die Dosierung reguliert und der genaue Zeitpunkt der Verabreichung bestimmt.

Die Forscher vom Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools, vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) und vom Universitätsklinikum Freiburg sehen in der neuen Generation neuronaler Schnittstellen einen vielversprechenden Ansatz für die Langzeitbehandlung von Patienten.

 

 

Gehirnimplantate (Bild: EPFL)

Gehirnchip lässt gelähmten Affen wieder laufen. (Bild: EPFL).