Hirn-Computer-Schnittstelle - für US-Militär entwickelt

Australische Forscher arbeiten an neuartigen Elektroden für Hirn-Computer-Schnittstellen, die sich auch ohne invasive Eingriffe im Kopf platzieren lassen, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe ("Neues Gehirnimplantat kommt ohne Öffnen des Schädels aus").

Die Stentrode, eine Elektrode zur unauffälligen Implantation!

Hinweis: Solche Elektroden-Implantate inkl. Sender- Empfängersystem könnte man auch ohne Wissen eines Betroffennen problemlos im Zuge einer OP implantieren!

Das Projekt wurde von der US-Militärforschungsbehörde DARPA initiiert und soll bei der Entwicklung neuartiger Implantate helfen, mit denen sich beispielsweise Prothesen (oder Waffensysteme) steuern lassen.

An der University of Melbourne in Australien hat man eine sogenannte Stentrode entwickelt, ein Stent-artiges Gerät, das mehrere Elektroden enthält. Die Technik baut auf bereits bekannten chirurgischen Verfahren auf, die Blutgefäße als Zugangswege verwenden, um verschiedene Bereiche des Körpers zu erreichen. Im Gegensatz zu traditionellen Ansätzen für solche Implantate muss hier der Kopf nicht geöffnet werden – was wiederum die mit invasiven Eingriffen einhergehenden Risiken umgeht und nicht zuletzt keine große OP-Narbe hinterlässt. Stattdessen wird das Gerät von der Größe einer Büroklammer mittels Katheder in ein Blutgefäß im Hals eingeführt. Das Verfahren wurde bereits an Schafen erfolgreich getestet. Dabei konnten die Forscher präzise Messwerte aus einer Gehirnregion erfassen, die für die bewusste Bewegung der Tiere zuständig ist. Sie ermittelten Nervenzellendaten von freilaufenden Schafen für bis zu 190 Tage. Natürlich kann man mit solchen Elektroden dann auch das Gehirn bzw. bestimmte Hirnmodule/Hirnbereiche der Betroffenen effektiv fernsteuern oder deaktivieren. (auch ohne Wissen der Betroffenen.) ... 

Forscher "reparieren" ein durch einen Messerangriff verletztes Rückenmark

Von der Hüfte ab gelähmt wegen durchschnittem Rückenmark
Ein von der Hüfte abwärts gelähmter Mann kann mit Hilfe von Nasenzellen nach einer Operation wieder erste Schritte machen. Das Rückenmark des 38 Jahre alten Bulgaren war im Jahr 2010 bei einem Messerangriff durchschnitten worden. Nun ist es den Forschern gelungen, durch Transplantation den beschädigten Nervenzellen "eine Brücke zu bauen". So wurde die Verbindung wieder hergestellt.

Eine sensationelle, neue Therapiemethode bei Rückenmarkverletzungen und Lähmungen

"Wie Neugeboren - eine Wiedergeburt"
"Wenn Du die Hälfte Deines Körpers nicht spüren kannst, bist Du hilflos, verloren", sagte der Patient dem britischen Sender BBC (siehe Video). "Wenn es beginnt, zurückzukommen, fühlst du dich, als würdest du dein Leben noch einmal von vorne beginnen. Wie eine Wiedergeburt, es ist ein unglaubliches Gefühl."

Für diese spezielle Therapie wurden Zellen des Geruchssinns ins Gewebe oberhalb und unterhalb der verletzten Stelle ins Rückgrat verpflanzt. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich dadurch die Nervenfasern regenerierten und wieder verbanden.

Eine neue Hoffnung für viele - weitere Versuche sind schon geplant
"Wir haben ein Prinzip geschaffen, wonach Nervenzellen wieder wachsen und ihre Funktion wieder übernehmen können, wenn wir ihnen eine Brücke bauen", erklärte Geoff Raisman vom Neurologie-Institut des Londoner University College. Der Durchbruch sei beeindruckender als wenn ein Mann auf dem Mond spazieren gehe. "Ich glaube, das ist der Augenblick, in dem eine Lähmung rückgängig gemacht werden kann."

Was gestern noch als Wunder galt, oder sag niemals nie!
Die Regeneration eines verletzten Rückenmarks galt viele Jahre lang als vollkommen unmöglich. "Es ist erstaunlich zu sehen, wie es nun Wirklichkeit wird", sagte Pawel Tabakow, Neurochirurg an der Breslauer Universität, wo die Transplantation vorgenommen wurde. Die Forscher planen jetzt klinische Versuche mit zehn weiteren Patienten in Großbritannien und Polen.
Quelle u. Bildquelle: Journal Cell Transplantation (21.Okt.2014)
"Functional regeneration of supraspinal connections in a patient with transected spinal cord following transplantation of bulbar olfactory ensheathing cells with peripheral nerve bridging" Journal "Cell Transplantation".
LINK: http://www.ingentaconnect.com/content/cog/ct/pre-prints/content-CT-1239_Tabakow_et_al

Feine Stromstöße ins Gehirn lassen gelähmte Ratten wieder laufen!

Erstmals: Mit Stromstößen ins Gehirn haben Forscher teilweise gelähmte Ratten wieder zum Laufen und Schwimmen gebracht. Dieselbe Gehirnstimulation könnte auch ein Ansatz sein, um Patienten mit Rückenmarkverletzungen zu behandeln.

Hintergrund: Die Mesencephale Lokomotionsregion (MLR), eine entwicklungsgeschichtlich alte Hirnregion, löst Bewegungen aus und reguliert deren Stärke. Dies war schon lange bekannt: Reizt man etwa bei einer gesunden Katze das Areal, so läuft sie los, umgeht Hindernisse oder springt. Bei den gelähmten Ratten in der Studie "weckte" eine Tiefenhirnstimulation dieses Bewegungszentrum auf.

Auch bei großen Zerstörungen (70-80%) erfolgreich! Es zeigte sich, dass Ratten, bei denen 70 bis 80 Prozent des Rückenmarks zerstört waren und die deshalb an Bewegungsstörungen litten, danach wieder schneller laufen und sogar galoppieren konnten. Vollständig gelähmte Ratten mit zu 90 Prozent verletztem Rückenmark - ein Mensch wäre damit an den Rollstuhl gefesselt - konnten beim Schwimmen ihre Hinterbeine wieder bewegen.

Alles Leben ist elektrisch
"Die elektrische Tiefenhirnstimulation hat das Potenzial, Patienten mit Bewegungsstörungen nach Rückenmarkverletzungen zu helfen", ist das Fazit der Forscher um Lukas Bachmann vom Hirnforschungszentrum der Universität und ETH Zürich.

Parkinson-Patienten
Bei Parkinson-Patienten, bei denen der Verlust von Hirnzellen in der MLR zu Bewegungsproblemen führt, habe die Tiefenhirnstimulation bereits Wirkung gezeigt.

Chance für Langzeitpatienten?
Von diesem Ansatz könnten besonders jene Patienten profitieren, die bereits lange mit der Behinderung leben, schrieben die Forscher. Denn viele experimentelle Heilungsmethoden wie die Stammzelltherapie setzten auf ein Wachstum von neuen Nervenzellen. Diese versiege aber gut ein Jahr nach der Verletzung weitestgehend, weshalb die Rehabilitation der Patienten ab diesem Zeitpunkt schwierig sei.

Die Voraussetzung!
Damit die Hirnstimulation wirken kann, muss nach heutigem Wissenstand jedoch zumindest ein Teil des Nervenstrangs im Rückenmark noch unverletzt sein. Dies könnte laut den Forschern mit neuen Bildgebungstechniken künftig besser bestimmt werden. Vorerst gebe es aber keinen Beweis, dass diese Tiefenhirnstimulation bei gelähmten Menschen funktioniere, betonten sie. Sie müsse zuerst an größeren Tieren getestet werden.
Quelle: Fachzeitschrift "Science Translational Medicine":"Deep Brain Simulation of the Midbrain Locomotor Region Improves Paretic Hindlimb Function After Spinal Cord Injury in Rats" von L.C. Bachmann et al., erschienen im Oktober 2013.
LINK: http://stm.sciencemag.org/content/5/208/208ra146

Endlich Hoffnung für Gelähmte

Ein technisches System überbrückt lahmgelegte Nervenleitungen
US-Forscher haben ein System entwickelt, das komplexe Handbewegungen ermöglicht, obwohl die zuständigen Nervenverbindungen zum Gehirn unterbrochen sind. Es gelang ihnen, Steuersignale des Gehirns als Informationsquelle zu nutzen, um Muskeln gezielt zu kontrollieren. Auf diese Weise versetzten sie Affen in die Lage, trotz einer vorübergehenden Blockierung der Nervenverbindungen zum Gehirn willentlich Handbewegungen mit einem Ball auszuführen. Die Methode könnte der Entwicklung von Systemen dienen, die Menschen Kontrolle über gelähmte Körperteile zurückgeben, sagen die Forscher um Lee Miller von der Northwestern University in Chicago.

Es gibt bereits Verfahren, die Menschen nach einer Rückenmarksverletzung wieder eine gewisse Kontrolle über Handbewegungen zurückgeben. Sie greifen feine Bewegungen von Muskeln auf, die der Patient noch beeinflussen kann und verwandeln sie in einen Stromimpuls, der dann zur Muskelkontraktion für die Handbewegung führt. Doch bisher ermöglichen diese Methoden nur einfache Bewegungen, wie das Öffnen und Schließen der Hand. Komplexere Funktionen, die auf feinmotorischen Bewegungen basieren, können diese Verfahren nicht vermitteln. Das soll das neue System von Lee Miller nun ermöglichen. Es greift dazu die Signale zur Steuerung von Arm und Hand direkt dort auf, wo sie entstehen: im Gehirn.

Ein neues System erkennt den Willen zur Bewegung ( Dekodierte Feinmotorik)
Getestet haben die Forscher ihr System bereits bei Affen. Dazu brachten sie ihren Versuchstieren zuerst bei, für eine Belohnung einen Ball zu greifen und in eine Röhre zu legen. Dann implantierten sie den Rhesusaffen Mikroelektroden in den sogenannten motorischen Cortex, den Teil der Großhirnrinde, der für die Steuerung von Bewegungen zuständig ist. Sie konnten dadurch die typischen Nervenimpulse aufzeichnen, die für die Muskelbewegungen beim Hantieren mit dem Ball verantwortlich sind.


Um nun die natürliche Verbindung zu den Muskeln zu unterbrechen, verabreichten die Wissenschaftler den Tieren eine Injektion in den Oberarm, die den verantwortlichen Nerv vorübergehend blockierte. Die Affen konnten den Ball dadurch nicht mehr bewegen, obwohl ihr Gehirn die Befehle dazu gab.

Diese Lähmung hoben Lee Miller und seine Kollegen anschließend mit ihrem System auf: Sie verbanden die betroffenen Muskeln über Elektroden mit einem elektrischen Stimulator, der wiederum an ein Gerät angeschlossen war, das seine Informationen durch die Hirnaktivität der Versuchstiere bekam. Über dieses Verbindungssystem löste dann der Wille der Tiere zum Greifen auch tatsächlich die Bewegungen von Unterarm und Hand aus, berichten die Forscher. Ihnen zufolge war dadurch ein erstaunlich natürlicher Bewegungsablauf beim Hantieren mit dem Ball möglich. Lee Miller und seine Kollegen hoffen nun, dass ihr Verfahren bald Menschen helfen kann, komplexere Bewegungen mit gelähmten Körperteilen durchzuführen, als es die bisherigen Verfahren ermöglichen.
Quelle: Lee Miller (Northwestern University Chicago) et al.: Nature, doi:10.1038/nature10987; LINK: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10987.html
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Ergänzende Infos: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/extref/nature10987-s1.pdf
Video 1: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/extref/nature10987-s2.mov
Video 2: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/extref/nature10987-s3.mov