Hoffnung implantieren

Knacken, knistern, knallen. Ich höre einem Gehirn zu, das in einer Sprache spricht, die unverständlich scheint, einem Chor aus Millionen von Neuronen, der feuert und sich in meinem Ohr anhört wie das elektrische Rauschen eines Kurzwellenradios zwischen den Stationen. Dann kommt ein unverwechselbarer Pop. Ich höre es wieder: Pop. Ich schaue mir ein Video an. Das fragliche Gehirn gehört einem bärtigen Mann, der auf einem Stuhl sitzt. Als Opfer einer Messerstecherei vor dreieinhalb Jahren ist er vom Hals abwärts gelähmt. Das Beatmungsgerät, das ihm das Atmen ermöglicht, gurgelt. Matthew Nagle, ein 25-jähriger ehemaliger High-School-Footballstar aus Weymouth, MA, hat einen runden Titansockel, der auf der rechten Seite in der Nähe der Krone einen halben Zoll aus seinem Kopf herausragt.

Am 4. Juli 2001 wurde Nagle in einen Nahkampf am Wessagussett Beach in Weymouth verwickelt. Er erinnert sich nur daran, dass die Fäuste zu fliegen begannen und ein Freund angegriffen wurde. Jemand schrie etwas über ein Messer, und Nagle wurde ohnmächtig. Später in der Nacht, als sein Vater, ein Kriminalbeamter, einen Anruf von der Polizei erhielt, wurde ihm gesagt, dass sein Sohn wahrscheinlich sterben würde. Die 20-Zentimeter-Klinge hatte die Wirbelsäule in seinem Nacken durchtrennt, ihn gelähmt und an einem Beatmungsgerät hinterlassen. Nagle überlebte, aber nach Jahren der Immobilität und Langeweile stimmte er zu, an einer klinischen Studie teilzunehmen, um festzustellen, ob ein Mensch einen Computercursor mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) sicher manipulieren kann.

An dem Sockel befestigt, der chirurgisch unter Nagles Schädel implantiert wurde, befindet sich eine Reihe von Elektroden auf einem Chip, der an den Teil seines Gehirns angrenzt, der die motorischen Aktivitäten steuert. Der Chip hat die Größe eines Baby-Aspirins: Seine 100 winzigen, haardünnen Elektroden nehmen die vom Gehirn übertragenen elektrischen Signale auf, wobei jede Elektrode Signale von einigen nahegelegenen Neuronen einfängt. Wie in einem Video gezeigt, das ich Ende letzten Jahres gesehen habe, ist ein quadratischer, grauer Stecker auf den Sockel geschraubt; der Stecker ist über Kabel mit einem Computer in der Nähe verbunden. Wenn die Neuronen von Nagle feuern, werden die Impulse von einer Software gelesen und dekodiert, die die elektrischen Knackser von Neuronengruppen interpretieren kann. Der Computer liest Nagles Gedanken – oder zumindest die von den Elektroden aufgezeichneten Knackgeräusche – und entziffert ein paar einfache Befehle, die in der elektrischen Sprache des Gehirns gesprochen werden.



Nagle sitzt vor einer Handprothese. Ursprünglich für Amputierte entwickelt, die es durch zuckende Muskeln in ihren Armstümpfen kontrollieren würden, wurde das Roboterglied an den Computer angeschlossen und öffnet und schließt sich, wenn Nagle sich vorstellt, dass er seine eigene linke Hand öffnet und schließt. Nagle mag gelähmt sein, aber die Neuronen in seinem Großhirn, die die motorischen Aktivitäten kontrollieren, sind ziemlich gesund.

Knacken, knistern, knallen.

Ich höre, wie ein Techniker Nagle bittet, sich vorzustellen, wie er seine Hand benutzt. Er tut. Dadurch werden die entsprechenden Neuronen in seinem motorischen Kortex aktiviert, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird, das von den implantierten Elektroden empfangen und vom Computer entschlüsselt wird – eine Reihe von Ereignissen, die das Öffnen und Schließen des künstlichen Daumens und Zeigefingers bewirken.

Die Folgen für Nagle und andere wie ihn, die durch Verletzungen oder degenerative neurologische Erkrankungen in funktionsgestörten Körpern gefangen sind, sind wunderbar. Nagle ist der erste Mensch, der eine Armprothese nur mit seinem Verstand bedient. Während eines Besuchs in seinem Zimmer in einer Pflegeeinrichtung südlich von Boston beobachtete ich außerdem, wie Nagle einen Cursor auf einem Computer bediente, der es ihm ermöglichte, E-Mails zu senden und zu empfangen, einfache Spiele zu spielen und seinen Fernseher zu steuern. Umgeben von Fotos seiner Freunde und Familie und von seinem wahren Schrein für die Boston Red Sox und ihren Sieg in der World Series 2004 arbeitete Nagle mit der Technikerin Maryam Saleh zusammen, als sie den Computer auf sein Gehirn kalibrierte. Der Aufbau ist sperrig, etwa so groß wie eine Waschmaschine, mit zwei Monitoren für den Techniker und einem für Nagle.

Als ich ihn sah, war Nagle müde und etwas verschroben, sein Umgang mit dem Cursor rudimentär. Er versuchte, mit dem Cursor eine Animation eines kleinen Geldbeutels einzufangen. Ich bekomme es heute nicht hin, nicht einmal annähernd, beschwerte er sich.

Später richtete Saleh den Computer so ein, dass Nagle die Kanäle eines Fernsehers wechseln konnte, und mit Mühe konnte Nagle den Kanal wechseln. Die Anwesenheit eines Reporters könnte an diesem Tag Teil des Problems gewesen sein. Der hauptsächlich für Nagles Gerät verantwortliche Wissenschaftler, der Neurowissenschaftler John Donoghue von der Brown University, versicherte mir, dass es seinem Patienten in der Vergangenheit viel besser gegangen sei. Nagle erzählte mir, dass er am Tag vor meinem Besuch erfolgreich eine fortschrittlichere Armprothese mit Gelenken manipuliert hatte, die menschenähnliche Bewegungen ermöglichten. Es hat wirklich gut funktioniert, sagt Nagle. Ich konnte es überall verschieben.

Es ist ermutigend, dass das System so gut funktioniert hat, sagt Leigh Hochberg, Neurologe der Harvard University und Experte für Patienten mit schweren motorischen Beeinträchtigungen. Hochberg ist leitender Prüfarzt der im April letzten Jahres genehmigten Studie der US-amerikanischen Food and Drug Administration zum Testen der Implantate an fünf Patienten. (Bisher ist Nagle der einzige Freiwillige für die Studie.)

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Im Moment ist die Technologie sehr grob. Der Computer versteht nur einen winzigen Bruchteil dessen, was in Nagles Gehirn vor sich geht, wo Milliarden von Neuronen gleichzeitig mit Billionen von Interaktionen feuern können. Dennoch ist das Implantat ein bedeutender Schritt, ein neurologischer Rosetta-Stein in dem komplexesten Entschlüsselungsprojekt der Geschichte, das möglicherweise erst nach Jahrzehnten, wenn überhaupt, abgeschlossen werden kann.

Ein erster Schritt
Nagle ist nicht der erste Mensch, der ein implantiertes BCI operiert. In den späten 1990er Jahren implantierte der Neurowissenschaftler Philip Kennedy, Mitbegründer und Geschäftsführer des Neuroprothetikunternehmens Neural Signals in Atlanta, Elektroden in die Gehirne von Patienten. Aber Kennedy implantierte nur zwei Glaselektroden, bisher wurden weniger neuronale Signale aufgenommen, als dies mit Nagles Array möglich ist. Kennedys Probanden konnten auf einem Computerbildschirm nur einen Cursor auf und ab bewegen. Donoghue hofft, die Technologie viel funktionaler zu machen. Donoghue ist nicht nur Professor für Neurowissenschaften bei Brown, sondern auch Mitbegründer und Chief Scientific Officer von Cyberkinetics Neurotechnology Systems in Foxborough, MA, der die Technologie besitzt und die Studie durchführt. Cyberkinetics hofft, sein Braingate Neural Interface System innerhalb von fünf Jahren an Patienten zu verkaufen, die an Tetraplegie und anderen schwächenden Erkrankungen leiden, darunter einige Arten von Schlaganfällen und amyotropher Lateralsklerose (Lou-Gehrig-Krankheit), sagt Timothy Surgenor, Präsident und CEO des Unternehmens. Surgenor stellt sich eine Version von Braingate vor, die es Patienten ermöglichen würde, mit künstlichen Armen und Händen ausgestattete Rollstühle zu steuern, in einem sonnigen Raum die Jalousien zu schließen und ähnliche Aufgaben auszuführen.

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Die Idee, ein Unternehmen zu gründen, kam Donoghue im Jahr 2000 bei einem Gespräch mit dem Postdoc Nicholas Hatsopoulos. Ursprünglich, sagt Hatsopoulos, der heute Assistenzprofessor für Neuroanatomie an der University of Chicago ist, sollte die Forschung ausschließlich untersuchen, wie Neuronen Bewegungen bei Affen steuern. Dann sagte Donoghue eines Tages in einem Flur im Labor: Warum gründen wir nicht eine Firma und bringen das zu den Menschen? Hatsopoulos stimmte bereitwillig zu. Seit seiner Gründung im Mai 2001 hat Cyberkinetics mehr als 15 Millionen US-Dollar gesammelt und etwa 10 Millionen US-Dollar ausgegeben, und es werden 40 bis 50 Millionen US-Dollar mehr benötigt, um in den nächsten drei bis fünf Jahren den Betrieb aufrechtzuerhalten, bis Braingate genehmigt und verkauft werden kann. Das Gerät muss noch gestrafft und drahtlos gemacht werden, sagt Surgenor, und automatisiert, damit Nagle und andere es alleine verwenden können.

Die Wissenschaftler, die mit Donoghue von Brown und Cyberkinetics zusammenarbeiten, gehören zu den vielen auf der ganzen Welt, die an der nächsten Generation neuronaler Prothesen arbeiten – also Prothesen, die allein durch menschliche Gedanken belebt werden. Donoghue sagt, dass diese Forschung eines Tages Behinderten das Gehen ermöglichen könnte, und sie wird es Nagle vielleicht ermöglichen, wieder seine eigenen Hände zu benutzen, indem ein beschädigtes, organisches Nervensystem durch ein funktionsfähiges kybernetisches System ergänzt wird. Solche Behauptungen wären noch vor wenigen Jahren phantastisch erschienen, aber andere Wissenschaftler halten sie für plausibel. Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir dies tun können, sagt der Neurowissenschaftler Andrew Schwartz von der University of Pittsburgh.

Gleichzeitig ist Schwartz jedoch skeptisch, dass das aktuelle Gerät von Donoghue so gut funktioniert wie beworben. Die Bewegungen, die sie bekommen, sind grob, sagt er. Es ist nicht klar, wie gut die menschlichen Aufzeichnungen [der neuronalen Signale] sind; das haben sie uns noch nicht gesagt. Schwartz fragt sich auch, ob das Spielen von Spielen, das Versenden von E-Mails und das Einschalten des Fernsehers die Lebensqualität des Patienten wirklich verbessert, es sei denn, der Patient ist eingesperrt – also so völlig gelähmt, dass er oder sie weder sprechen noch blinzeln kann und somit ist Computerschnittstellen, die sprach- und augenaktiviert sind, können nicht verwendet werden. Um nützlich zu sein, muss es viel besser sein, um mehr zu tun, sagt er. Das eigene Labor von Schwartz hat ein BCI für Affen entwickelt, das einen Arm mit menschenähnlicher Reichweite und Geschicklichkeit in einem dreidimensionalen Raum bewegt.

Der Neurowissenschaftler Miguel Nicolelis von der Duke University, ein weiterer Experte auf dem Gebiet des BCI, weist den Nagle-Prozess als Stunt ab. Es gibt andere prothetische Geräte und Schnittstellen, die diese Dinge tun können, sagt er. Um einen chirurgischen Eingriff durchzuführen, müssen Sie etwas Tiefgreifenderes tun. Ich denke, sie haben ein paar Schritte übersprungen, um dies für die Menschen vorzubereiten. Die Elektroden zum Beispiel seien anfällig für Verstopfungen mit organischen Stoffen, sagt er. Um richtig zu funktionieren, muss das Implantat von Nagle möglicherweise regelmäßig chirurgisch ersetzt werden. Nicolelis macht sich Sorgen über Rückschläge für das Feld, wenn etwas schief geht, wie eine Infektion nach einer Operation. Nicolelis plant, in naher Zukunft seine eigenen Sensoren in den Menschen zu implantieren, jedoch nur für akademische Forschungszwecke. Er sieht die kommerziellen Beweggründe von Cyberkinetics kritisch: Er befürchtet, dass das Unternehmen mehr um Geld und die Förderung seiner Arbeit besorgt ist, als um den größtmöglichen Nutzen für die Patienten.

Andere Neurowissenschaftler unterstützen Donoghue. Ich denke, es ist an der Zeit, dies beim Menschen zu tun, sagt Richard Andersen, ein führender Neurowissenschaftler am California Institute of Technology, der auch im Begriff ist, Humanforschung mit implantierten Elektrodengeräten durchzuführen, die von seinem Labor entwickelt wurden. Der Neurowissenschaftler Bill Heetderks, der bis 2003 die Neuralprothetik-Programme am National Institute of Neurological Disorders and Stroke leitete und die Stipendien für Donoghue, Nicolelis und andere große Forscher beaufsichtigte, weist darauf hin, dass die FDA die Cyberkinetics-Studien als sicher und vielversprechend anerkannt hat. Er sagt, dass Donoghues Experimente eine entscheidende Frage beantwortet haben, die in einem Tierversuch nicht beantwortet werden konnte: Würden menschliche Motoneuronen nach längerer Lähmung der Gliedmaßen immer noch so zünden wie bei einem gesunden Menschen? Dies sei ein wichtiger Grund, dieses Experiment an einem Menschen durchzuführen, sagt er. Jetzt wissen wir, dass die Zellen noch funktionieren.

Donoghue sagt, dass alle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um Patienten zu schützen, stimmt jedoch zu, dass Nagle Befehle nicht sehr gut ausführen kann. Es ist nicht so, als ob ein gesunder Mensch eine Maus kontrolliert, sagt er. Er argumentiert, dass selbst eine eingeschränkte Fähigkeit für einen Tetraplegiker besser ist als keine.

Zu potenziellen Kritikern von Braingate sagt Nagle: Lassen Sie sie herunterkommen und sich das ansehen. Mit Blick auf sein Zimmer und seinen reglosen Körper sagt Nagle: Das ist mein Leben. Ich habe mich freiwillig dazu gemeldet.

Nagle sagt, dass ihm Braingate jetzt nur begrenzt hilft, weil er es nur verwenden kann, wenn der Techniker vor Ort ist, und es jedes Mal neu kalibriert werden muss. Hey, ich möchte wieder laufen oder damit meinen Rollstuhl bedienen können. Aber das ist ein erster Schritt. Auf die Frage, ob er der Meinung sei, dass Cyberkinetics aufgrund seiner kommerziellen Ambitionen möglicherweise zu frühen Tests geeilt sei, sagt Nagle, dass es ihn nicht stört. Ich denke, sie brauchten das, um Geld zu bekommen, und Gott sei Dank haben sie die Gelder bekommen. Wenn sie [mir helfen] können, diesen Rollstuhl zum Laufen zu bringen und [diese Fähigkeit an andere zu verkaufen], dann bin ich dafür.

Leseabsicht
Donoghues Arbeit lässt sich am besten im Kontext der wissenschaftlichen Bemühungen verstehen, neuronale Aktivität zu interpretieren und darauf zu reagieren. Einige Wissenschaftler, wie Donoghue, möchten Elektroden implantieren, um schneller mehr neuronale Daten zu erfassen; andere sind sich nicht sicher, ob Implantate notwendig sind. Aber alle teilen das Interesse daran, zu verstehen, wie das Gehirn mit einem Computer zusammenarbeiten könnte, um praktische Technologien für eine Reihe von Zwecken zu entwickeln.

Auswirkungen der Technologie auf Klassenzimmer und Schüler

Die Worte der neuronalen Sprache sind in den elektrischen Spitzen in Neuronen zu hören – obwohl einige Neurowissenschaftler vorgeschlagen haben, einen BCI zu erstellen, indem sie breitere, tiefere Felder der Gehirnaktivität mittels Elektroenzephalographie überwachen, die keine chirurgische Implantation von Elektroden erfordern würde. EEG-Sensoren haben einige Erfolge erzielt, aber sie haben im Vergleich zu Implantaten, die neuronale Spitzen erfassen, nur schwache Signale erzeugt.

Ein Spike ist der Höhepunkt einer elektrischen Überspannung, des Aktionspotentials, das auftritt, wenn ein Neuron aktiviert wird und feuert. Auf einem der Monitore, die Nagles Gehirnaktivität zeigen, spielen sich Dutzende von Aktionspotentialen in Reihen über den Bildschirm ab, während der Computer Signale von den Elektroden in Nagles Implantat zusammenstellt, von denen jedes die Aktivität von Dutzenden von Neuronen registriert. Wenn ein Neuron feuert, beginnt die Linie auf dem Monitor proportional zur elektrischen Überspannung zu steigen, und bewegt sich dann mit einer Geschwindigkeit, die mehr als 100-mal schneller ist als ein Augenzwinkern, und erreicht ihren Höhepunkt, was das Knallen verursacht. Sobald das Neuron gezündet hat, fällt sein elektrisches Signal wieder ab und der Ausgang bleibt entweder flach oder beginnt seinen Aufstieg wieder.

Neuronen feuern, wenn sie aktiv sind, zwischen 20 und 200 Mal pro Sekunde. Das Timing und die Position von Spikes im Gehirn und die Interaktion mehrerer Spikes zwischen Neuronen erzeugen die kohärenten Signale, die in Muskelbewegungen und alle anderen Ausgaben des Gehirns umgewandelt werden.

Es ist relativ einfach zu verstehen, wie Gruppierungen von Neuronen für die motorische Aktivität funktionieren, sagt Hatsopoulos, der an den Algorithmen für Braingate mitgewirkt hat. Wenn wir lernen, mehr Neuronen auf einmal zu lesen, wird es uns schließlich sagen, wie höhere Gehirnfunktionen funktionieren, wie Emotionen und andere Verhaltensweisen und Denkprozesse.

Durch die Durchführung von Studien am Menschen hat Donoghue seinen Kollegen einen Schritt voraus, obwohl andere Wissenschaftler eigene klinische Studien mit Neuroprothesen planen, die mit implantierten Elektroden gesteuert werden. In Atlanta hat Kennedys Unternehmen von der FDA die Zulassung erhalten, Ein- und Doppelelektrodenimplantate bei schwerbehinderten Patienten zu testen. Am Caltech hat Andersens Team begonnen, an Menschen mit Epilepsie zu experimentieren, wobei Hirnimplantate verwendet wurden, die chirurgisch in den präfrontalen Kortex (ein Bereich, der bei der Planung und Ausführung von Körperbewegungen hilft) eingebettet wurden; Die Implantate spüren einen bevorstehenden Anfall und setzen winzige elektrische Schläge ab, um ihn abzuschalten. Obwohl Andersen keine kommerziellen Pläne für das Gerät hat, beabsichtigt er, die Humantests in klinischen Studien auszuweiten.

Andersen erweitert auch seine Arbeit mit Affen; Er hat Sensoren in die höher funktionierenden Bereiche des Gehirns eines Affen implantiert und einige der elektrischen Signale entschlüsselt, mit denen der Affe Aktionen plant, und andere, die seine Motivation zu einer bestimmten Leistung zu bestimmen scheinen. Wir unterscheiden uns in der Herangehensweise von Donoghues Arbeit, sagt Andersen. Wir lesen Absicht – während Donoghue den motorischen Teil des Gehirns anzapft. Affen mit Elektroden in beiden Gehirnregionen können Cursor und Geräte bewegen, sagt Andersen.

Nicolelis von Duke hat ein System erfunden, das es einem Affen ermöglicht, eine Armprothese auf und ab zu bewegen, um einen Snack zu liefern. Nicolelis verband auch das Gehirn seines Affen mit dem Internet und ließ den Affen 950 Kilometer entfernt einen Roboterarm bedienen. Er hat Menschen mit tiefen Hirnimplantaten getestet, um die Muster zu untersuchen, in denen ihre Neuronen feuern, wenn sie Bälle drücken. Bisher hat er die Leistung von bis zu 50 Zellen aufgezeichnet und nutzt diese elektrischen Daten, um Algorithmen zum Bewegen eines Cursors zu entwickeln. Er untersucht auch, wie sich Neuronen im Gehirn an den Einsatz von Roboterarmen und Maschinen anpassen, da Neuronen durch den Erwerb neuer Informationen und Fähigkeiten ständig modifiziert werden.

Diese Art von Experimenten bringt die Technologie schnell voran und gibt ihr immer mehr Potenzial, Patienten zu helfen. An der University of Pittsburgh hat Schwartz Experimente durchgeführt, die es Affen ermöglichen, einen künstlichen Arm und eine Hand flüssiger zu bewegen. Diese Geräte haben die Bewegungsgrade eines menschlichen Arms und Ellbogens, sagt er. Sein Team will ihren Arm an Menschen testen. Wir haben einen Fünf-Jahres-Horizont, sagt Schwartz, damit der Arm beim Menschen gut funktioniert.

Klingeln! Pong!
Der braune Neurochirurg Gerhard Friehs führte im Juni 2004 die Implantation von Nagle im Rhode Island Hospital in Providence durch. Friehs ist Experte für die Implantation von Neurogeräten wie den Activa-Hirnstimulatoren für Parkinson-Patienten, die das mit der Krankheit verbundene Muskelzittern kontrollieren. Auf einem Plastikmodell zeigte mir Friehs die Stelle, an der er ein kleines Loch in Nagles Schädel bohrte, oberhalb der Region, die den linken Arm kontrolliert. Friehs setzte das Implantat dann mit einem pneumatischen Inserter ein, einem Gerät, das seiner Meinung nach wie eine Tackerpistole ist, die das Elektrodenarray auf das Gehirn schießt.

Nagle wurde zuerst unter Vollnarkose gesetzt, obwohl Friehs sagt, dass dies in Zukunft möglicherweise nicht mehr erforderlich ist. Die Techniker verwendeten dann die Magnetresonanztomographie (MRT) von Nagles Gehirn, um den für seine Anatomie spezifischen Bereich des motorischen Kortex zu lokalisieren. Im Operationssaal benutzte Friehs die MRT-Daten, um ihn zu den genauen Koordinaten in Nagles Gehirn zu führen, und drehte dann einen Hochgeschwindigkeitsbohrer auf, um einen halben Dollar-großen Kreis des Schädels zu entfernen. Friehs setzte den vier mal vier Millimeter großen Elektrodenchip, die Drähte und den Sockel ein und ersetzte das Schädelstück. Gesamtbetriebszeit: etwa vier Stunden.

Sechs Wochen später, nachdem Nagles Wunden verheilt waren und die unmittelbare Infektionsgefahr vorüber war, bereiteten sich die Forscher vor, Braingate zu testen. Der Cyberkinetik-Techniker Abraham Caplan, der mit Saleh die Hausbesuche macht, um Braingate zwei- oder dreimal pro Woche in dem Zentrum für betreutes Wohnen, in dem Nagle lebt, zu betreiben, erinnert sich an das erste Mal, als sie Nagle im August 2004 angeschlossen haben. Auf dem Video dieser Eröffnungsveranstaltung Experiment, Nagle sitzt auf seinem Stuhl und Saleh bittet ihn, sich vorzustellen, wie er seine Hand nach links bewegt. Der Computer überträgt die Schnappschüsse und Knackser der Signale, die über seinen Bildschirm rasen, während er das Echtzeit-Geschwätz des Gehirns liest, das er korrekt in einen Cursor übersetzt, der sich auf Nagles Bildschirm nach links bewegt. Nicht schlecht, Mann, sagt Nagle, nicht schlecht.

Bald darauf war Nagle in der Lage, mit Übung einen groben Kreis auf dem Bildschirm zu zeichnen, und er begann, Pong zu spielen und zu lernen, den Cursor zu bewegen, um auf Befehle zu klicken, die seinen Fernseher steuern, ihn ein- und ausschalten, die Sender und die Lautstärke einstellen. Es ist wie Fahrradfahren, sagt Donoghue. Erst wackelt er, er übersteuert, dann fährt er plötzlich. Nagle kann gleichzeitig sprechen und den Computer bedienen, so wie ein gesunder Mensch ein Lied singen und gehen kann. Das sei wichtig, weil er nicht aktiv daran denken müsse, seine Hände nach links oder rechts zu bewegen, sagt Donoghue. Er denkt nur daran, den Cursor zu bewegen, und er bewegt sich.

Um zu verstehen, was Braingate für Nagle bedeutet, besuche ich Leigh Hochberg, den Harvard-Neurologen. Hochberg, Facharzt am Spaulding Rehabilitation Hospital in Boston, arbeitet mit Patienten, die Schlaganfälle oder schwere Rückenmarksverletzungen erlitten haben. Er zeigt mir das Zimmer der Assisted Technology Group in Spaulding, wo Tetraplegiker und andere schwerbehinderte Patienten kommen, um Computer und andere Maschinen mit Geräten zu bedienen, die an Augenlider oder Lippen oder Zungen angeschlossen sind, was immer sie noch bewegen können. Für diejenigen ohne Muskelbewegungen verfolgen spezielle Kameras die Pupillenbewegung, die Patienten zu kontrollieren gelernt haben, um Cursors zu bedienen. Andere atmen durch einen Strohhalm ein und aus, um einen Rollstuhl zu bewegen.

untitled Gänsespiel wie lange zu schlagen

Hochberg ist leitender Prüfarzt für die Cyberkinetics FDA-Studie in Spaulding; Dies war der zweite Standort, der für den Prozess ausgewählt wurde, nach dem Sargent Rehabilitation Center in Warwick, RI, der Basis für Nagles Prozess. Hochberg und Co-Ermittler Joel Stein, Spauldings medizinischer Direktor für das Schlaganfallprogramm, haben damit begonnen, Patienten zu rekrutieren, um die unter der FDA-Lizenz zulässigen Plätze zu besetzen. Surgenor möchte auch einen weiteren Standort für klinische Studien eröffnen, möglicherweise im Mittleren Westen. Dies wird noch wichtiger, wenn die FDA Phase-II-Studien am Menschen genehmigt, an denen bis zu mehreren Dutzend Patienten beteiligt wären.

Ich denke, kurzfristig suchen wir nicht nach einer Heilung für Rückenmarksverletzungen, sagt Stein, der jedoch glaubt, dass Braingate langfristig für Patienten mit bestimmten motorischen Verletzungen nützlich sein wird. Wir wollen dies unseren Patienten nicht überbieten, aber das Potenzial für die Zukunft ist groß.

Die Farbe der Gedanken
An der Brown University traf ich den Computerexperten Michael Black, einen Alumnus des berühmten Xerox Palo Alto Research Center in Kalifornien. Black ist am besten dafür bekannt, dass er versucht, Maschinen zu entwickeln, die sehen können, obwohl er auch an Gehirn-Computer-Schnittstellen geforscht hat. Black war schnell von den möglichen Vorteilen von Braingate überzeugt und übernahm die Aufgabe, verbesserte Algorithmen zur Entschlüsselung neuronaler Spikes zu entwickeln. Theoretisch würde eine bessere Entschlüsselung eine feinere motorische Steuerung ermöglichen. Er zeigte mir einige Diagramme mit farbigen Pixeln, die er entwickelt hatte, um zu visualisieren, was passiert, wenn ein Neuron feuert. Jedes Diagramm zeigt die Aktivität eines Neurons über einen Bereich von Handbewegungen. Das Diagramm ist blau, wo das Neuron inaktiv ist, und schattiert lila, orange und dann rot, wo es erregt wird und schnell ansteigt. (Ein blaues Feld mit einem leuchtend roten Fleck in der oberen rechten Ecke bedeutet beispielsweise, dass dieses Neuron aktiv wird, wenn sich die Hand des Affen nach oben und rechts bewegt.) Diese Gitter zeigen Black die Feuermuster eines Neurons, die er modellieren kann um einem Computer mitzuteilen, dass ein bestimmter Gedankenbefehl auftritt und dass er die entsprechende Aktion ausführen sollte. Der Schlüssel zur Erstellung dieser Modelle, sagt er, ist die erstaunliche Tendenz von Gehirnneuronen, in relativ konsistenten Mustern zu feuern – konsistent genug, dass ein Computer sie genau interpretieren kann.

In einem Gebäude auf der anderen Seite von Browns Campus sprach ich mit einem anderen Mitglied von Donoghues Team, Arto Nurmikko, einem finnischen Elektroingenieur und Physiker, der für seine Entdeckungen in Laseroptik und Halbleitern bekannt ist. Er und Donoghue arbeiten daran, Braingate zu vereinfachen und den Titansockel und die sperrige Hardware des Prototyps durch ein viel kleineres internes System zu ersetzen, das das Implantat mit einem hauchdünnen Glasfaserkabel verbindet, das unter der Haut des Patienten verläuft. Das Glasfaserkabel würde Signale vom Gehirn zu einem Prozessor von der Größe eines Herzschrittmachers leiten, der in die Brust implantiert würde.

Die Entwicklung der Technologie wird eine Weile dauern. Aber Nurmikko sagt, dass in diesem System der nächsten Generation die Kommunikation zwischen dem Gehirn und der Maschine in zwei Richtungen erfolgen würde, mit sensorischen Informationen von einem Roboterglied zurück ins Gehirn, genau wie bei einem gesunden Menschen. Wenn ein Patient beispielsweise nach einem Glas Wasser greift, hilft ein solches neuronales Feedback dem Gehirn und dem Computer, die Anstrengung zu berechnen, die zum Aufnehmen erforderlich ist.

Warten auf Hilfe
Werden diese Geräte das Leben der Menschen verbessern? Nagle selbst sagt, dass ihm Braingate, zumindest in seiner jetzigen Form, nur bedingt hilft. Dieses Ding wurde gemacht, um zu sehen, ob ich einen Cursor mit Gedanken bewegen könnte, sagt er, und das habe ich in ungefähr drei Minuten geschafft. Aber Nagle weist nachdrücklich darauf hin, dass er vorher nicht viel getan hat. Ich saß sieben Tage die Woche hier und hatte nichts zu tun, also sagte ich: ‚Warum nicht?‘

Laut FDA-Protokoll soll die Studie mit Nagle ein Jahr dauern. Ich muss mich nächsten Juni entscheiden, ob ich das rausnehmen möchte. Ich bin mir nicht sicher, ob ich weitermachen werde. Vielleicht möchte ich warten, bis sie einen haben, der kleiner und einfacher zu bedienen ist. Ich frage ihn, ob er denkt, dass er wieder laufen wird, und er sagt, das ist er Ja wirklich warten auf.

David Ewing Duncans nächstes Buch, Der Genetiker, der mit meiner DNA und anderen Masterminds aus den Grenzen der Biotechnologie Hoops spielte , erscheint im Mai.

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