Ein Gehirnimplantat half einem Mann mit Lähmungen, natürlicher zu gehen.

Ein System, das die Kommunikation zwischen Gehirn und Wirbelsäule wiederherstellt, hat einem Mann mit einer Rückenmarksverletzung geholfen, annähernd natürliche Gehfähigkeit zurückzugewinnen.

Nachdem die Gehirnaktivität des Patienten dekodiert worden war, dauerte es nur wenige Minuten, um die Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle zu kalibrieren, nach der der Mann eine natürliche Kontrolle über Bewegungen meldete. Er braucht immer noch Krücken, aber er kann problemlos Rampen und Treppen navigieren und übertrifft damit die Fortschritte früherer Behandlungen, berichten Forscher am 24. Mai in Nature.

"Die Ergebnisse entsprechen dem, was ich hoffen würde, was passieren würde, was ermutigend ist", sagt V. Reggie Edgerton, Physiologe am Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center in Downey, Kalifornien, der nicht an der Studie beteiligt war. In Bezug auf die Behandlung von Rückenmarksparalyse sagt er: "Wir sind auf dem Stand der Gebrüder Wright und deren Flug."

Rückenmarksverletzungen können die Kommunikation zwischen Gehirn und Wirbelsäule unterbrechen und zu Lähmungen führen. Frühere Untersuchungen zeigten, dass die Stimulation von Rückenmarksnerven Bewegungen auslösen kann (SN: 8/3/22), aber dies ist das erste Mal, dass die eigene Gehirnaktivität eines Patienten verwendet wurde, um die willkürliche Kontrolle über Beinbewegungen wiederherzustellen.

Ein Fahrradunfall vor 11 Jahren ließ den 40-jährigen Gert-Jan Oskam mit einer unvollständigen Rückenmarksverletzung gelähmt zurück. Fünf Jahre später nahm er an einer klinischen Studie mit einem Rückenmarkimplantat teil, das Nerven stimuliert, die Beinbewegungen kontrollieren. Oskam konnte das Gehen mit einem Walker wiedererlangen, aber dies erforderte unnatürliche Bewegungen der Ferse, die von Bewegungssensoren erfasst wurden, um vorprogrammierte Nervenstimulationsmuster auszulösen. Er hatte Schwierigkeiten beim Starten und Anhalten und konnte nur auf flachen Oberflächen gehen.

Die neue Studie zielte darauf ab, die Kontrolle über Oskams Gehirn zu übergeben. "Obwohl er drei Jahre lang die [Rückenmarkimplantat-] Stimulation verwendet hatte, erreichte er einen Stillstand in seiner Erholung und interessierte sich für die Verwendung der neuen auf dem Gehirn basierenden Stimulation", sagt Grégoire Courtine, Neurologe an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz. "Also wurde er unser erster Testpilot."

Courtine und Kollegen fügten ein Gehirnimplantat hinzu, um ein System zu schaffen, das Gedanken in Bewegungen übersetzt. Zwei Elektrodenarrays, die auf der Oberfläche des Gehirns sitzen, erfassen die Aktivität des sensomotorischen Cortex, einer Region des Gehirns, die bei der Steuerung von Muskelbewegungen hilft. Diese Signale werden drahtlos an eine Verarbeitungseinheit gesendet, die sie in Stimulationsmuster umwandelt, die an das Rückenmarkimplantat übertragen werden.

Nach der Implantation baten Courtine und Kollegen Oskam, Beinbewegungen auszuführen, während sie seine Gehirnaktivität analysierten. Unterschiedliche Aktivitätsmuster differenzierten Hüft-, Knie- und Knöchelbewegungen, fanden die Forscher heraus, was es ihnen ermöglichte, Gehirnsignale den beabsichtigten Bewegungen zuzuordnen. Das Team erstellte Stimulationsmuster, die Muskelgruppen ansprachen, die das Auflegen von Gewicht, das Vorwärtsdrücken und das Schwingen des Beins kontrollieren, um Gehbewegungen zu reproduzieren. Während der Anwendung übersetzt ein KI-Algorithmus eingehende Gehirnsignale in angemessene Befehlssignale für das Rückenimplantat.

Die Forscher kalibrierten das System so, dass Oskam die Menge an Bewegung kontrollieren konnte. "Dies bringt ein flüssigeres Gehmuster", sagt Courtine und hilft ihm, seine Fußplatzierung anzupassen und sogar Treppen zu steigen.

"Die Stimulation hat mich früher kontrolliert, jetzt kontrolliere ich sie", sagte Oskam am 23. Mai während einer Pressekonferenz.

Ein "Neurorehabilitations"-Training während der Verwendung des Geräts führte zu Mobilitätsverbesserungen, selbst wenn die Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle ausgeschaltet war, fanden die Forscher heraus. "Dies legt nahe, dass neue Nervenverbindungen entstanden sind", sagt Courtine.

Die Forscher müssen mehr darüber erfahren, wie diese Wiederherstellung funktioniert. "Die Frage ist: Wo im Gehirn verbindet sich mit wo im Rückenmark? Und das wissen wir nicht wirklich", sagt Edgerton. "Wir müssen herausfinden, wie die beiden zusammenarbeiten."

Die Ausdehnung von Oskams Erholung lieferte Lebensqualitätsschübe, wie z.B. sich unabhängig im Haus zu bewegen oder an einer Bar mit Freunden zu trinken. "Das ist das Ziel vieler Menschen, die komplett gelähmt sind", sagt Edgerton. "An einer Bar zu stehen und mit Menschen auf Augenhöhe zu sein." Während viele gelähmte Menschen andere Probleme priorisieren, wie z.B. die Toilettenfunktion und den Blutdruck, zielte diese Studie nur darauf ab, die Mobilität wiederherzustellen.

Oskam benutzt das System jetzt seit fast zwei Jahren, sagt Courtine, und das Gehirnimplantat ist stabil und zuverlässig geblieben.

Die Forscher denken, dass der Ansatz auch für andere Patienten funktionieren wird, aber sie warnen davor, dass das Ausmaß der Erholung von der Schwere der Verletzung abhängen kann. "Man muss vorsichtig sein, die Erwartungen zu kalibrieren", sagt Courtine. "Aber ich bin zuversichtlich, dass wir das gleiche Ergebnis reproduzieren können, insbesondere bei Personen mit unvollständiger Rückenmarksverletzung."

The team plans to apply the approach to the upper limbs too, neuroscientist Henri Lorach, also at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne, said during the news conference. “We are initiating a clinical trial in three participants that will target these circuits.” It may also be possible to treat paralysis caused by stroke, the researchers say.

Courtine and colleagues developed a version of the system that Oskam could operate himself at home, but further improvements are still needed. The processing unit is bulky, for example, and the brain implant involves two 5-centimeter-wide cylinders that sit in holes cut in the skull.

Onward Medical, a Lausanne-based company cofounded by Courtine, is working on miniaturizing the brain implant and processing unit, Courtine says, to develop a commercial version that “is easy for patients to use in daily life.”

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