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Brain Chip hilft Tetraplegikern, Roboterarme mit ihren Gedanken zu bewegen
Eine gelähmte Patientin, die mit einem implantierten Gehirnchip ausgestattet ist, konnte mit einem Roboterarm nach einer Kaffeeflasche greifen und diese so nah an ihr Gesicht halten, dass sie aus einem Strohhalm trinken konnte, und dann die Flasche wieder aufsetzen Der Tisch.
Der Tetraplegiker wurde mit einem elektronischen Gehirnimplantat ausgestattet, das einen Roboterarm antreiben kann, um Objekte zu erreichen und zu greifen ( siehe Video ). Eine heute in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Natur zeigt, dass Menschen mit den Gehirnchips mit den Geräten komplexe dreidimensionale Aufgaben ausführen können, die im täglichen Leben hilfreich sein könnten. Außerdem können die implantierten Elektroden bis zu fünf Jahre lang neuronale Signale aufzeichnen – länger als vermutet. In früheren Studien konnten Patienten mit Hirnimplantaten einen Cursor auf einem Bildschirm bewegen, aber keine komplizierten Bewegungen mit Objekten in der realen Welt ausführen.
Die Ergebnisse sind die neuesten Ankündigungen eines Teams unter der Leitung von John Donogue, Neurowissenschaftler an der Brown University. Donoghue und Mitarbeiter hatten 2006 berichtet, dass Patienten, die durch Rückenmarksverletzungen gelähmt sind, Gehirn-Maschine-Schnittstellen verwenden können, um die Bewegung von Cursorn auf einem Bildschirm zu steuern und einfache Öffnungs- und Schließbewegungen mit einer Roboterhand auszuführen. Nun haben die Forscher gezeigt, dass eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle kompliziertere Aufgaben steuern kann. Menschen können nicht nur einen Computer-Cursor steuern, sondern auch wirklich komplexe Geräte wie einen Roboterarm, der die Funktionen ausführen kann, die unser eigener Arm ausführen kann, sagt Donoghue.
Das Gehirnimplantat ist eine kleine Anordnung von vier Millimetern auf jeder Seite (ungefähr so groß wie ein Baby-Aspirin, sagt Donoghue) mit 96 haarähnlichen Elektroden, die sich von einer Seite erstrecken. Das Gerät sitzt auf der Gehirnoberfläche und die Elektroden dringen einen Millimeter in die armkontrollierende Region des motorischen Kortex ein. Das Implantat zeichnet die Impulse von Dutzenden von Neuronen auf. Die Bewegungsabsicht eines Patienten erzeugt diese Impulse, die dann an einen Computer übertragen werden, der die Muster der elektrischen Aktivität in Befehle übersetzt, die einen Roboterarm steuern können.
Was mir an dieser Studie auffällt, ist, dass sie zum ersten Mal bei menschlichen Patienten schön zeigt, dass man diese Signale verwenden kann, um einen Roboter zu steuern, der für die Aktivitäten des täglichen Lebens eines Patienten wichtig ist, sagt Andrew Jackson, Neurowissenschaftler an der Newcastle University. Die Forscher sagen, dass algorithmische Verbesserungen bei der Erfassung von Aktivitätsmustern im Gehirn und der Interpretation dieser Muster der Schlüssel zum Fortschritt waren.
Ziel der klinischen Pilotstudie ist es, Technologien zu entwickeln, die die Kommunikations- und Bewegungsfähigkeit wiederherstellen und Menschen mit neurologischen Erkrankungen oder Verletzungen die Selbstständigkeit verleihen können. Bisher haben sich sieben Patienten in die Studie aufgenommen. Die beiden Teilnehmer dieser neuesten Arbeit litten beide an Hirnstammschlägen, die dazu führten, dass sie weder sprechen noch ihre Gliedmaßen bewegen konnten. Zum Zeitpunkt der Studie trug ein Patient das Implantat fünf Monate, der andere mehr als fünf Jahre.
Die Langlebigkeit der Implantate zeigt, dass das Gerät über Jahre hinweg brauchbare Signale vom Gehirn aufnehmen kann, was in diesem Bereich Anlass zur Sorge gibt. Wenn Sie etwas in das Gehirn einführen, gibt es eine Reaktion auf das Vorhandensein dieses Geräts, sagt Donoghue. Zellen werden durch die Elektroden beschädigt oder verdrängt, und das Gehirn kann um sie herum Narbengewebe bilden. Aber es scheint nicht, dass die Reaktion des Gehirns ein Hindernis für die Aufzeichnung ist, sagt Donoghue.
Dennoch verschlechterte sich das Signal im Laufe der Zeit. Obwohl sie fünf Jahre nach dem Einbau des Arrays Signale aufzeichnen, sind die Signale von Tag zu Tag nicht so stabil, sagt Jackson. Er weist darauf hin, dass sich das gallertartige Gewebe des Gehirns in unserem Schädel bewegt und ein starres, festsitzendes Implantat das Gehirn dazu zwingen kann, sich um ihn herum zu verformen. Wenn sich die Signale von Tag zu Tag ändern, müsste [ein Patient] das System von Tag zu Tag neu kalibrieren?
Vorerst muss das Implantat in ein externes Setup eingesteckt werden, aber die Brown-Forscher und -Forscher von Blackrock Microsystems in Utah (Hersteller der Implantate) arbeiten an drahtlosen Versionen, die an Tieren getestet werden. Donoghue hofft, dass die Implantate schließlich die elektrische Stimulation der eigenen Muskeln eines Patienten antreiben können, wodurch die Notwendigkeit von Roboterarmen vermieden wird. Solche Experimente haben sich bei nichtmenschlichen Primaten als vielversprechend erwiesen (siehe zum Beispiel a aktuelle Studie der Northwestern University ).