Hirn-Computer-Schnittstellen-Technologie stellt Empfindung in der Hand einer Person mit Rückenmarksverletzung wieder her

Ein Team von Forschern bei Battelle und dem Ohio State University Wexner Medical Center berichtet, dass durch die Verwendung von Hirn-Computer-Schnittstellen-Technologie erfolgreich Empfindungen in der Hand einer Person mit einer schweren Rückenmarksverletzung wiederhergestellt wurden. Diese Entwicklung kommt, während Forscher auf der ganzen Welt an Technologien arbeiten, die in der Lage sind, die Funktion von Gliedern bei gelähmten Personen durch Verletzungen oder Krankheiten wiederherzustellen.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Cell am 23. April veröffentlicht.

Künstliche sensorische Rückmeldung

Die neue Technologie basiert auf der Verwendung von nicht wahrnehmbaren, winzigen neuralen Signalen, die durch künstliche sensorische Rückmeldung verstärkt werden, die an die Person zurückgesendet wird. Diese Methode führt zu einer großen Steigerung der Motorfunktion.

Patrick Ganzer ist Erstautor und leitender Forschungswissenschaftler bei Battelle.

“Wir nehmen subperzeptive Berührungsereignisse und verstärken sie in das bewusste Bewusstsein”, sagt Ganzer. “Als wir dies taten, sahen wir mehrere funktionale Verbesserungen. Es war ein großer Eureka-Moment, als wir zum ersten Mal das Gefühl des Teilnehmers wiederherstellten.”

Der Teilnehmer

Der Teilnehmer war ein 28-jähriger Mann, der 2010 in einen Autounfall verwickelt war, der zu einer schweren Rückenmarksverletzung führte. Der Teilnehmer, dessen Name Ian Burkhart ist, ist seit 2014 an einem Projekt namens NeuroLife beteiligt, um die Funktion seines rechten Arms wiederherzustellen.

Das neu entwickelte Gerät verwendet ein System von Elektroden, die auf der Haut platziert werden, und einem kleinen Computerchip, der in der Motorcortex implantiert ist. Es gibt Kabel, die Bewegungssignale vom Gehirn zu den Muskeln leiten, wodurch die Rückenmarksverletzung umgangen wird. Mit dem Gerät kann Burkhart seinen Arm kontrollieren und Aktionen wie das Heben einer Kaffeetasse, das Abwischen einer Kreditkarte und das Spielen von Videospielen, die die Verwendung von Händen und Armen erfordern, ausführen.

“Bis jetzt hat Ian manchmal das Gefühl gehabt, dass seine Hand fremd ist, weil es an sensorischer Rückmeldung fehlt”, sagt Ganzer. “Er hat auch Schwierigkeiten, seine Hand zu kontrollieren, es sei denn, er beobachtet seine Bewegungen genau. Dies erfordert eine Menge Konzentration und macht einfache Multitasking-Aufgaben wie das Trinken einer Limonade während des Fernsehens fast unmöglich.”

Wenn die Forscher seine Haut stimulierten, gab es keine Empfindung, aber ein neuronales Signal war immer noch in seinem Gehirn vorhanden. Das Problem war, dass das neuronale Signal so klein war, dass es nicht wahrgenommen werden konnte. Die Forscher konnten das Signal so verstärken, dass das Gehirn in der Lage war, darauf zu reagieren.

Durch die Verwendung von taktiler Rückmeldung wurden die subperzeptiven Berührungsereignisse künstlich an Burkhart zurückgesendet, wodurch er sie wahrnehmen konnte.

Mit der neuen Methode konnte Burkhart Dinge allein durch Berührung erkennen. Ein weiterer Durchbruch war, dass das System das erste BCI-System ist, das die Wiederherstellung von Bewegung und Berührung gleichzeitig ermöglicht, was ein größeres Gefühl von Kontrolle bietet. Schließlich ermöglicht die Methode es dem BCI-System, den richtigen Druck für die Handhabung eines Objekts zu erkennen.

Das Team der Forscher will ein BCI-System entwickeln, das im Haus verwendet werden kann. Eine nächste Generation von Ärmeln wird derzeit entwickelt, die Elektroden und Sensoren enthalten, die angezogen und abgelegt werden können. Sie arbeiten auch an einem System, das von einem Tablet anstelle eines Computers gesteuert werden kann.

“Es war erstaunlich, die Möglichkeiten von sensorischen Informationen zu sehen, die von einem Gerät kommen, das ursprünglich nur dazu gedacht war, mir zu ermöglichen, meine Hand in einer einwegigen Richtung zu kontrollieren”, sagt Burkhart.