Gehirn-Maschine-Schnittstellen bieten Hoffnung für Hirnverletzungen, Vision
In einem aufstrebenden Bereich werden die Bemühungen beschrieben, die bekannten Informationen darüber zu nutzen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet und verpackt, um Maschinen oder Geräte zu entwickeln, mit denen Menschen nach Verletzungen oder Krankheiten wieder funktionieren können.
Denken Sie: Ihr Gehirn allein kann den Cursor eines Computers steuern.
Das ist nicht so Science-Fiction, wie es sich anhört. Auf der Neuroscience 2010 in San Diego in dieser Woche berichteten Forscher auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience darüber, wie Gehirn-Maschine-Schnittstellen die Gehirnkontrolle von Cursorn ermöglichen, die Wiederherstellung der Handkontrolle bei Schlaganfallpatienten beschleunigen und Hoffnung auf Wiederherstellung des Sehvermögens bieten nach Netzhautschäden.
In nur 6 Minuten lernten die Teilnehmer einer Studie, wie man einen Bildschirmcursor allein mit ihren Gedanken bewegt, sagte Anna Rose Childress, Ph.D., eine Forscherin an der University of Pennsylvania School of Medicine.
So geht's: Die Teilnehmer befanden sich in einem funktionellen MRT-Scanner, der den Blutfluss in aktiven Regionen des Gehirns registriert. Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass Menschen, die Feedback zu diesen Gehirnsignalen erhalten, die Kontrolle über sie erlangen können.
Während die Teilnehmer im Scanner lagen, lernten Computer, zwei von den Freiwilligen gezeigte Gehirnmuster zu erkennen. In einem Fall wurden die Teilnehmer gebeten, über das Schlagen eines Tennisballs nachzudenken, und in dem anderen Fall sollten sie sich vorstellen, von einem Raum in einen anderen zu wechseln.
Als nächstes wiederholten sie die Gedankenmuster und bewegten einen Bildschirmcursor, der mit ihrer Gehirnaktivität verbunden war.
"Jeder Gedanke ist mit der Aktivität in einem bestimmten Teil des Gehirns verbunden", sagte Childress. Der Tennisball stellte eine sich wiederholende Armaktivität dar, und die Bewegung von Raum zu Raum stellte eine räumliche Navigation dar.
Alle 14 Probanden konnten nach dem kurzen Training den Cursor mit ihren Gedanken bewegen.
In anderen Forschungen beschleunigte eine Kombination aus Hirnstimulation und physikalischer Therapie die Wiederherstellung der Handkontrolle bei Schlaganfallpatienten, sagte Satoko Koganemaru, Ph.D., ein Forscher an der Universität Kyoto in Japan.
"Schlaganfall führt zu abnormal erhöhten Muskelverspannungen und Muskelschwäche", sagte sie.
Sie verabreichte 9 Schlaganfallpatienten eine transkranielle Magnetstimulation, eine nicht-invasive Technik, die manchmal zur Behandlung von Depressionen eingesetzt wird. Es wurde über die durch den Schlaganfall geschädigte Seite des Gehirns in dem mit der Motorsteuerung verbundenen Bereich aufgetragen.
Die Patienten übten auch „motorisch“, indem sie die Muskeln ihrer Finger und Handgelenke zusammenzogen und losließen.
Die Kombinationstherapie wurde 6 Wochen lang zweimal pro Woche fortgesetzt.
Koganemaru zeigte ein Video von einem Patienten. "Wir fanden heraus, dass der Patient das Handgelenk und die Hand in einem größeren Bereich bewegen konnte", sagte sie. Die Patientin habe auch einen stärkeren Griff, sagte sie.
Drei Monate später wurden die Verbesserungen beibehalten. Warum? "Durch Übung und Hirnstimulation passt sich das Gehirn an", sagte Koganemaru, "und sorgt so für eine bessere Kontrolle des Muskels."
Für Menschen mit degenerativer Netzhauterkrankung scheint eine neue künstliche Netzhaut ein normaleres Sehvermögen wiederherzustellen als bestehende Netzhautprothesen, sagte Dr. Sheila Nirenberg, Forscherin am Weill Cornell Medical College in New York.
"Nichts in der Nähe des normalen Sehens war möglich", sagte sie. Andere Geräte haben sich darauf konzentriert, die Anzahl der Zellen zu erhöhen, die in der beschädigten Netzhaut wieder aktiviert werden, sagte sie. Das neue Gerät geht darüber hinaus. "Wir haben eine Netzhautprothese entwickelt, die den neuronalen Code der Netzhaut enthält."
Nirenberg sagte, es sei nicht genug, die Zellen einfach zu stimulieren, es sei entscheidend, sie mit dem richtigen Code zu stimulieren - dem Code, den die Netzhaut an das Gehirn sendet, der Bilder in Signale umwandelt, die das Gehirn verstehen kann.
In dem neuen Gerät nimmt ein Encoder das Bild auf und wandelt es in einen Code um, der von den Ganglienzellen verwendet wird, die die visuellen Informationen von außen empfangen. Als nächstes lässt ein Wandler die Ganglienzellen gemäß dem Code "feuern". Das Ergebnis ist ein natürlicheres Bild, nicht nur die Wahrnehmung von Flecken und Kanten.
Das neue Gerät rekonstruierte Gesichter, Landschaften und sogar Zeitungspapier, sagte Nirenberg.
"Dadurch wird die Leistung des Systems auf ein nahezu normales Niveau gesteigert", sagte sie. Das System wurde bisher nur an Tieren getestet, aber Nirenberg plant bald Studien am Menschen.
Quelle: Gesellschaft für Neurowissenschaften
