Gehirn-Computer Schnittstellen für (Schwerst-)Gelähmte

Lähmungen, die zum Beispiel nach schweren Schlaganfällen oder bei der progressiven Muskelerkrankung ALS (an der z.B. der Physiker Stephen Hawking erkrankt war) können so schwerwiegend sein, dass die Patienten nicht mehr kommunizieren können. Diesen Fall bezeichnet man als  Locked-in Syndrom. Locked-in Patienten sind zu keinerlei Bewegungen mehr fähig. Auch letzte Augenbewegungen oder Zuckungen einzelner Muskeln sind unmöglich. Die Patienten sind vollständig „eingeschlossen“ (Complete Locked-in Syndrom).

Die Unfähigkeit, ihre Umgebung zu kontrollieren oder mit ihren Angehörigen und Pflegern zu kommunizieren, macht diesen Zustand für die Betroffenen besonders schwer erträglich –insbesondere auch deshalb, weil sie noch bei vollem Bewusstsein sein können und ihr Gehirn intakt ist.

Das Potential der Neurotechnologie

Dieser Umstand lässt sich für neurotechnologische Mitteln nutzen, um Gehirn-Computer-Schnittstellen zu schaffen. Patienten können diese unabhängig von ihrer verbliebenen Muskel-Aktivität – nur mit der Kraft der Gedanken – kontrollieren und steuern.

Am einfachsten kann ein Enzephalogramm (EEG) die Hirnaktivität erfassen. Eine kürzlich neu gefundenen Alternative hierzu ist die funktionelle Nah-Infrarotspektroskopie (fNIRS). Allerdings ist die Menge an Informationen sehr eingeschränkt, die diese beiden relativ groben Methoden durch den Schädelknochen hindurch übertragen können.

Bessere Signale und eine genauere räumliche Auflösung lassen sich mit Elektroden erzielen, die innerhalb des Schädels auf dem Gehirn aufliegen oder tiefer in das Gehirngewebe hineingeschoben werden. Um alltagstaugliche Systeme realisieren zu können, muss zudem eine schnelle und sichere Datenverarbeitung in einem portablen Format gegeben sein.

Anwendung von CorTec Produkten

Die flachen °AirRay Grid-Elektroden von CorTec eignen sich sowohl für das Ableiten wie für die Stimulation von Hirnaktivität und können somit Informationen in beide Richtungen übertragen. Zudem lassen sich Form, Abstände und Anzahl der Elektroden individuell an den Patienten anpassen.

 

Zusammen mit einer intelligenten Dekodierungs-Software, wie sie die Brain Interchange Technologie von CorTec beinhaltet, entsteht eine direkte Verbindung zwischen menschlichem Gehirn und künstlicher Intelligenz, die auch vollständig Gelähmten eine Interaktion mit der Umwelt ermöglichen kann. Durch seine hohe Zahl an derzeit 32 Kanälen ermöglicht das Brain Interchange System eine bislang unerreichte Dichte an Informationsübertragung.

Stand der Forschung und Technik

Für die klinische Anwendung zugelassene Systeme dieser Art gibt es aktuell noch nicht.

 

Die °AirRay Grid-Elektroden von CorTec können in unterschiedlichsten Designs im Rahmen wissenschaftlicher Studien wie auch als Komponenten von therapeutischen Komplett-Systemen zum Einsatz kommen.

 

Das Brain Interchange System befindet sich derzeit in der Entwicklung. Erste klinische Pilotstudien sind in Vorbereitung, insbesondere für die Nutzung als Assistenzsystem für Gelähmte.

Weiterführende Links und Literatur

Allgemeinverständliche Hintergrund-Literatur

Fachliteratur

 

Brain-machine interface (BMI) in paralysis.

Chaudhary U, Birbaumer N, Curado MR.

Ann Phys Rehabil Med. 2015 Feb;58(1):9-13. doi: 10.1016/j.rehab.2014.11.002. Epub 2015 Jan 8.