Neurowissenschaftler bringen ein gelähmtes Tier mit einem Rückenmarksbypass wieder zum Laufen

Ein Gerät nimmt Signale vom Gehirn auf und leitet sie an einen Sensor weiter, der die Enden aktiviert, die für die Steuerung der Muskeln verantwortlich sind.

Ein Makake, der aufgrund einer Rückenmarksverletzung eines seiner Hinterbeine nicht bewegen konnte, hat es geschafft, dank eines „Bypasses“, der das Gehirn und die für die Aktivierung der Muskeln verantwortlichen Enden drahtlos kommuniziert, wieder fast normal zu gehen. Diese zerebrospinale Neuroprothese, wie sie von den Verantwortlichen definiert wird, wurde an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz in Zusammenarbeit mit anderen Forschungszentren und der Firma Medtronic entwickelt. Das Tier hat einen kleinen Sensor in sein Gehirn eingebaut, der die ausgesendeten Signale – den Bewegungsdrang des Makaken – aufnimmt und an einen Prozessor sendet. Die Daten werden verarbeitet und dekodiert und dann an ein anderes Gerät mit Elektroden weitergeleitet, die im Lendenbereich des Rückenmarks, auf der anderen Seite der Verletzung, platziert werden und die Neuronen aktivieren, die die Muskeln des betroffenen Beins steuern. -„Was wir tun, ist, die Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem Bewegungsapparat in Echtzeit und drahtlos wiederherzustellen„, sagt einer der Autoren des Projekts, Eduardo Martín Moraud, ein spanischer Ingenieur, der an der Universität Oxford (Nuffiel College) arbeitet und bereits seit 5 Jahren im Team der Schweizer Schule war. Die Einzelheiten der Forschung, deren erste zufriedenstellende Ergebnisse im Juni 2015 erzielt wurden, wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht

„Natur“. Einer der beiden Affen im Experiment konnte seine gelähmte Gliedmaße in der ersten Woche nach der Verletzung ohne Training sowohl auf dem Laufband als auch auf dem Boden wieder nutzen, während der zweite etwa zwei Wochen brauchte.

Wie die EPFL berichtet, wurde am Universitätsspital Lausanne eine klinische Studie gestartet, um die therapeutische Wirkung der Technologie bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen zu validieren, jedoch nur teilweise. Im Moment wird überprüft, ob die Platzierung eines zuvor programmierten Geräts mit Elektroden im Rückenmark die Bewegung der Beine wiederherstellen kann. Es kommuniziert nicht mit dem Gehirn.

DER PROZESS

Wie die Forscher erklären, gibt es, wenn das Gehirn beschließt, eine Bewegung oder eine andere Aktivität auszuführen, „eine Übertragung von Stromspitzen zwischen Neuronen“, die von einem mathematischen Algorithmus gemessen und interpretiert werden können. In einem intakten Nervensystem stammen Signale, die auf Gehen hinweisen, aus einer kleinen Region des Gehirns, die als motorischer Kortex (oder motorischer Kortex) bezeichnet wird. Anschließend wandern die Signale durch das Rückenmark, erreichen die neuronalen Netzwerke, die sich in der Lendenwirbelsäule befinden und diese aktivieren die Beinmuskulatur, um die Bewegungen auszuführen. Rückenmarksverletzungen, teilweise oder vollständig, verhindern, dass diese Signale die Neuronen erreichen, und verursachen Lähmungen. Der motorische Kortex hält jedoch immer noch die Gehirnaktivität aufrecht, die die Gehanweisungen erzeugt hat. Und auch die neuronalen Netzwerke, die die Muskeln im gelähmten Bein aktivieren, sind intakt und können noch Beinbewegungen erzeugen. Bei dieser Gelegenheit wurden „96 neuronale Kanäle in der Hirnrinde gemessen, die viele Informationen liefern“, sagt Martín Moraud, der sich daran erinnert, dass es in früheren Experimenten zum Beispiel bereits möglich war, dass menschliche Patienten einen Computer aus der Ferne aktivieren konnten, indem sie nur daran dachten. „Uns ging es darum, nur zwei Ereignisse zu kontrollieren: wann die Pfote angehoben wird und wann sie landet“, fährt er fort. Dann moduliert die elektrische Stimulation von einigen Volt in einem bestimmten Bereich des Rückenmarks verschiedene Netzwerke von Neuronen, die bestimmte Muskeln in den Beinen aktivieren können. „Ich habe mich speziell mit dem System beschäftigt, mit dem man das Rückenmark in Echtzeit stimulieren kann“, fährt Martín Moraud fort.

KEINE SCHULUNG ERFORDERLICH

Damit die Affen wieder mobil werden konnten, „war keine Physiotherapie oder Training notwendig“, sagt der Neurowissenschaftler Erwan Bezard von der Universität Bordeaux, der die Experimente leitete. Alle Behandlungen wurden nach Kontrolle durch die Bioethikkommissionen der teilnehmenden Zentren durchgeführt. „Zum ersten Mal kann ich mir vorstellen, dass ein vollständig gelähmter Patient in der Lage ist, seine Beine durch diese zerebrospinale Schnittstelle zu bewegen“, sagte die Neurochirurgin Jocelyne Bloch vom Universitätsspital Lausanne (CHUV), die für die Platzierung der Implantate im Gehirn und Rückenmark verantwortlich ist. Quelle: The Journal, Nature Scientific Journal.