High-Tech-Implantat hilft gelähmtem Mann, natürlicher zu gehen

Von Dennis Thompson HealthDay Reporter

(Gesundheitstag)

MITTWOCH, 24. Mai 2023 (HealthDay News) – Ein niederländischer Mann mit gelähmten Beinen kann dank einer drahtlosen Gehirn-Wirbelsäulen-Schnittstelle, die auf seine Gedanken reagiert, indem er seine Beine bewegt, jetzt stehen und gehen.

Gert-Jan Oskam, 40, erlitt vor elf Jahren bei einem Fahrradunfall in China eine Rückenmarksverletzung, die ihn unfähig machte zu gehen.

Oskam verfügt nun über ein Gehirnimplantat, das Bewegungssignale aufnimmt, die bei einem gesunden Menschen über das Rückenmark wandern und die Beine bewegen würden. Stattdessen überträgt dieses Implantat diese Signale drahtlos an ein zweites Implantat in seiner unteren Wirbelsäule, das dann die Beinmuskulatur zum Handeln anregt, berichten Forscher

Diese experimentelle High-Tech-„digitale Brücke“ zwischen Gehirn und Wirbelsäule ermöglichte es Oskam neulich, einen Pinsel in die Hand zu nehmen und eine einfache Low-Tech-Arbeit in seinem Haus in den Niederlanden zu erledigen.

„Etwas musste gestrichen werden und es war niemand da, der mir helfen konnte, also musste ich herumlaufen und malen“, sagte Oskam am Dienstag in einer Medienbesprechung. „Ich habe es selbst gemacht, im Stehen.“

Seit Jahren versuchen Forscher, die Gehfähigkeit mithilfe von Nervenstimulatoren wiederherzustellen, die in das Rückenmark von Patienten implantiert werden.

Allerdings gingen diese Probanden oft roboterhaft und waren nicht in der Lage, ihre Beinbewegungen an unterschiedliches Gelände anzupassen.

Oskam hat vom nächsten Schritt dieser Forschung profitiert, einem Mittel, das es dem Gehirn ermöglicht, die Wirbelsäulenstimulation zu steuern und den Patienten einen natürlicheren Schritt zu ermöglichen.

„Was wir hier erreichen konnten, ist, die Kommunikation zwischen dem Gehirn und der Region des Rückenmarks, die die Beinbewegung steuert, mit einer digitalen Brücke wiederherzustellen, die die Gedanken von Gert-Jan erfasst und diese Gedanken in eine Stimulation des Rückenmarks übersetzt.“ um die willkürliche Beinbewegung wiederherzustellen“, sagte der leitende Forscher Gregoire Courtine, Neurowissenschaftler und Professor an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Frankreich.

Oskam sagt, er könne jetzt 100 bis 200 Meter (bis zu etwa 660 Fuß) am Stück laufen und zwei oder drei Minuten lang stehen, ohne seine Hände zu benutzen.

Das Gerät hat auch Oskams neurologische Genesung verbessert. Er konnte trotz ausgeschaltetem Implantat mit Krücken gehen.

Aufgrund seiner Teilnahme an früheren Studien wurde Oskam bereits ein Wirbelsäulenstimulator in den Rücken implantiert. Das erlaubte ihm, sich zu bewegen, aber seine Bewegungen waren roboterhaft und steif.

„Es war nicht ganz natürlich. Die Stimulation davor kontrollierte mich, und jetzt kontrolliere ich die Stimulation durch meine Gedanken“, erklärte Oskam.

Forscher entwickelten ein passives Implantat über dem motorischen Zentrum seines Gehirns, das Signale empfangen konnte, die normalerweise die Bewegung steuern würden.

Mithilfe eines speziellen Headsets und einer Gehhilfe kann Oskam natürlichere Schritte unternehmen, da das Gehirnimplantat Bewegungssignale aufnimmt und diese dann an den Wirbelsäulenstimulator überträgt.

„Wir konnten die ersten Modelle innerhalb weniger Minuten kalibrieren, wodurch Gert-Jan die Beugung seiner Hüfte kontrollieren konnte. Und nach mehreren Minuten Training war er in der Lage, mit dem System auf natürliche Weise zu gehen“, sagte der leitende Forscher Henri Lorach, Professor an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne.

„Wir konnten nicht nur einfache Bewegungen entschlüsseln, sondern auch Bewegungen der Hüfte, der Knie- und Sprunggelenke“, fügte Lorach hinzu. „Und mit dieser Strategie haben wir dem Teilnehmer tatsächlich die freiwillige Kontrolle über die Rückenmarkstimulation ermöglicht.“

Weil Oskam so viele Parameter der Beinbewegung steuern kann – und Feedback erhält, während er sich bewegt – kann er auf allen möglichen Untergründen laufen, sagte Courtine. Er kann Stufen hinaufgehen, Rampen überqueren und anhalten und beginnen, wann immer er möchte.

Es scheint auch, dass die Schnittstelle zwischen Gehirn und Wirbelsäule Oskams Genesung beschleunigt. Nach 40 Neurorehabilitationssitzungen hat sich seine Gehfähigkeit deutlich verbessert – er kann sich selbstständig im Haus bewegen, in ein Auto ein- und aussteigen oder mit Freunden an einer Bar etwas trinken, berichteten die Forscher.

„Ohne Stimulation kann ich jetzt auch laufen“, sagte Oskam. „Ich denke, das sagt viel aus. Ich habe wieder genug Kraft und Bewegung gewonnen, um Schritte zu machen.“

Es wurde bereits gezeigt, dass die Stimulation der Wirbelsäule das Wachstum neuer Nervenverbindungen auslösen kann, bemerkte Courtine.

„Wenn das Gehirn die Stimulation kontrolliert, kommt es zu einer noch stärkeren Erholung, weil es zu einer Konvergenz der digitalen Verbindung mit der natürlichen Verbindung auf demselben Neuronentyp kommt“, erklärte Courtine.

Die neue Studie wurde am 24. Mai in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Das Forschungsteam hofft, einen zweiten Patienten mit Unterkörperlähmung für das Gehirnimplantat zu gewinnen, um zu sehen, ob das gleiche System bei anderen funktioniert.

Marco Baptista, wissenschaftlicher Leiter der Reeve Foundation, stimmte zu, dass die Technologie an mehr Menschen getestet werden muss.

„Es muss ausgeweitet und bei anderen Personen untersucht werden, die andere Arten von Verletzungen haben“, sagte Baptista.

Gleichzeitig stellte Baptista fest, dass die Bemühungen die „nächste Generation“ der Forschung zur Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit durch Wirbelsäulenstimulation darstellen.

„Sie streben immer mehr danach, den gesamten Prozess natürlicher zu gestalten, indem man die Stimulation durch Gedanken und Willen kontrolliert“, sagte Baptista.

Die Forscher starten außerdem eine weitere klinische Studie, die Menschen mit Oberkörperlähmungen helfen soll.

„Wir untersuchen tatsächlich, wie wir das gleiche Prinzip nutzen können, um die Funktion der oberen Gliedmaßen wiederherzustellen, indem wir mit einer ähnlichen Technologie auf die Halswirbelsäule abzielen“, sagte Lorach. „Wir können entschlüsseln, was die Absicht ist, den Arm und die Hand zu bewegen, und den motorischen Impuls stimulieren, der diese Aktivität auslöst.“

Sie wollen die Technologie auch weiter miniaturisieren, damit es für die Menschen einfacher wird, an täglichen Aktivitäten teilzunehmen, ohne eine Mütze tragen oder Ausrüstung mit sich herumschleppen zu müssen, sagte Courtine.

„Wir könnten es sogar auf andere Pathologien wie Schlaganfall anwenden, bei denen man auch die kortikale Aktivität aufzeichnen und sie mit der Stimulation des Rückenmarks verknüpfen kann, um ein Glied zu bewegen“, sagte Co-Forscherin Dr. Jocelyne Bloch, Neurochirurgin am Universitätsspital Lausanne. „Man könnte meinen, dass es viele verschiedene Anwendungen dieser neuartigen, bahnbrechenden Therapie gibt.“

QUELLEN: Gert-Jan Oskam, 40, Niederlande; Gregoire Courtine, PhD, Neurowissenschaftler und Professor, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Frankreich; Henri Lorach, PhD, Professor, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Frankreich; Marco Baptista, PhD, wissenschaftlicher Leiter, Reeve Foundation, Short Hills, NJ; Jocelyne Bloch, MD, Neurochirurgin, Universitätsklinikum Lausanne, Frankreich; Natur24. Mai 2023

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