Hirngesteuert zu neuem Leben

 

HIRNGESTEUERT ZU NEUEM LEBEN

 

MARC ANDRÉ DUC:

Er lenkt den Roboter nur kraft seiner Gedanken


 

Forscher an der ETH Lausanne haben Hightech-Assistenten für Gelähmte entwickelt - diese sind begeistert

von Nik Walter

Robotino, ein schnuckliger rollender Roboter mit einem Laptop als «Kopf», dreht, ohne anzuecken, seine Runden in der Cafeteria der Fachhochschule Westschweiz-Wallis in Sitten, mitten durch eine grosse Forscherschar. Am «Steuer» sitzt ein Hirn, und das ist wortwörtlich gemeint. Nur kraft seiner Gedanken lenkt Marc-André Duc den an der ETH Lausanne entwickelten Roboter. Der partielle Tetraplegiker ist seit einer Rückenmarkverletzung an den Rollstuhl gebunden. Robotino soll Patienten wie Duc dereinst als Kommunikationsassistent dienen.

Nebenan sitzt Jean-François Vernetti. Er ist seit einem Schlaganfall gelähmt, allerdings «nur» halbseitig. Sein rechter, komplett immobiler Arm liegt auf dem Tisch, er ist mit Elektroden vollgeklebt; auf dem Kopf trägt er, wie der Robotino-Lenker Duc auch, eine EEG-Kappe, welche die Hirnströme messen kann. Nun hebt der 64-Jährige langsam seine Faust - sein Hirn hat den Elektroden auf dem Arm die entsprechenden Befehle gegeben; diese stimulieren mit einem Strom die Muskeln. Vernetti lächelt zufrieden.

Eine massgeschneiderte Lösung für jeden Patienten

Solche vom Hirn gesteuerten Hightech-Assistenten sollen künftig die Rehabilitation und die Kommunikation von Gelähmten verbessern. Dies ist jedenfalls das erklärte Ziel von Forschern um José del R. Millán vom Zentrum für Neuroprothesen an der ETH Lausanne. Im Rahmen des europäischen Tobi-Projekts (Tools for Brain-Computer-Interaction) haben sie zusammen mit der Suva-Klinik in Sitten und weiteren Partnern in ganz Europa während vier Jahren verbesserte Hirn-Maschinen-Schnittstellen (engl. Brain-Computer-Interfaces, BCI) für gelähmte Patienten entwickelt. Diese Woche präsentierten sie in Sitten im Rahmen des Tobi-Abschlusssymposiums die Früchte ihrer Anstrengungen.

Insgesamt testeten über 100 Patienten die verschiedenen hirngesteuerten Hilfen. Dabei versuchten die Forscher, für jeden Betroffenen eine massgeschneiderte Lösung zu finden. «Jeder Patient hat spezielle Bedürfnisse» sagt Millán. Die einen steuerten den Robotino, andere wie Jean-François Vernetti konnten mithilfe einer funktionellen Elektrostimulation (FES) einen gelähmten Körperteil zumindest teilweise wieder bewegen, und komplett Gelähmte, sogenannte Locked-in-Patienten, lernten mithilfe ihrer Gedanken, einen Cursor auf einem Computer zu steuern.

Einer von ihnen ist Jean-Luc Geiser. Der 52-Jährige ist geistig völlig fit, kann aber nach einem schweren Schlaganfall nur noch mit dem linken Augenlid - oder eben hirngesteuert über den Computer - mit der Umwelt kommunizieren. Auf die Frage, ob er trotz der vielen Rückschläge je daran gedacht habe, das BCI-Training aufzugeben, antwortet er mit dem Augenlid, fast wie aus der Pistole geschossen: «Nein, niemals.»

Die neuen Hightech-Hilfen bieten in der Tat faszinierende Perspektiven. Das belegen nicht zuletzt Patientenreaktionen wie die von Geiser. Obwohl die Prozeduren für sie zum Teil aufwendig und anstrengend sind, versprühten alle Enthusiasmus.

Allerdings ist bei weitem noch nicht klar, ob die hirngesteuerten Assistenten künftig auch in der routinemässigen Reha-Behandlung zum Einsatz kommen werden. Denn zum einen sind die Möglichkeiten der eingesetzten Hirnstrommessung, der Elektroenzephalografie (EEG), beschränkt. So beherrscht ein Patient in der Regel nicht mehr als vier mentale Befehle, etwa: links/rechts, oben/unten. Zudem liegt die Trefferquote der Befehle bei den meisten Patienten nur zwischen 70 und 90 Prozent. Das reicht aber aus, um einen Roboter zu steuern oder die Unterarmmuskulatur zu stimulieren.

Das Gehirn bildet Schaltkreise aufgrund von Aktivität

Zum anderen sind die jetzt vorgestellten Systeme alle nur Prototypen. «Sie sind sehr zuverlässig und robust», betont zwar Millán. Ob daraus indes je kommerzielle Produkte entstehen, ist noch offen. Anfragen von Firmen, die hirngesteuerte Hilfen für gelähmte Patienten produzieren möchten, hat Millán noch keine. Trotzdem bleibt er optimistisch: «Die Patienten sagen uns, es wäre für sie grossartig, so etwas zu Hause zu haben.»

Die grösste Chance für eine kommerzielle Umsetzung sieht Millán bei der Elektrostimulation. Studien hätten gezeigt, dass die Methode die Rehabilitation nach einem Schlaganfall signifikant verbessern könne. Selbst bei chronischen Patienten, die mit konventioneller Therapie keine Fortschritte mehr machten, habe die hirngesteuerte FES geholfen, wieder eine gewisse Beweglichkeit zu erlangen.

Diese ermutigenden Resultate machen auch neurobiologisch Sinn. Denn unser Gehirn bildet Schaltkreise aufgrund von Aktivität. Ist ein Arm gelähmt, interpretiert das Hirn, die Hand funktioniere nicht. Übt nun aber ein Patient wie Vernetti, seine gelähmte Hand mithilfe von Hirnströmen und FES zu bewegen, erhält das Hirn plötzlich ein Feedback-Signal aus der Hand - es wird stimuliert und beginnt, neue Nervennetzwerke zu bilden.

Virtuell am Mittagstisch der Familie sitzen

Eine ganz andere Aufgabe könnten dereinst hirngesteuerte Gehilfen wie der in Sitten präsentierte Robotino übernehmen. Mithilfe dieser Telepräsenzroboter sollen Gelähmte wie Marc-André Duc beispielsweise künftig vom Bett aus virtuell am Mittagstisch der Familie mit dabei sein können - auch wenn sie physisch mehrere Kilometer entfernt sind.

Robotino gehorcht nicht blindlings nur den Befehlen des steuernden Gehirns. Er hat selber Sensoren, mit denen er die Umwelt abtastet und beispielsweise kleine Hindernisse problemlos umfahren kann. Shared Control heisst das System, bei dem der Mensch nur die groben Richtungsanweisungen - links/rechts - gibt und der Roboter den Rest selber erledigt. Mit dieser Arbeitsteilung können die Gelähmten entlastet werden, denn das mentale Befehlen ist ziemlich anstrengend. «Es ist schwierig, sich vor so vielen Leuten zu konzentrieren», sagt Duc.

 

Publiziert am 27.01.2013, SonntagsZeitung