Ein beachtlicher Schritt für Forscher, ein kleiner für Querschnittgelähmte

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„Eine Querschnittlähmung - mag die Schädigung des Rückenmarks nun durch eine Erkrankung oder durch einen Unfall erfolgen - trifft die leidende Person bis ins Mark. Mit einem Schlag ist alles anders, die persönliche Integrität, das körperliche Wohlbefinden, die Integration in Familie, Beruf und Gesellschaft, sogar die Selbstständigkeit, alles ist infrage gestellt. In dieser Situation sind umfassendes Denken und ganzheitliches Handeln Voraussetzungen für das Wiedererlangen der vollen Teilhabe an unserer Gesellschaft und für die Chancengleichheit von Mitmenschen im Rollstuhl.“ So beschreibt Guido A. Zäch, Gründer und ehemaliger Chefarzt des Schweizer Paraplegiker-Zentrums Nottwil, die meist plötzlich eintretende neue Lebenswirklichkeit von querschnittgelähmten Menschen und zugleich die Ziele der medizinischen Versorgung und Rehabilitation dieser oft jungen Menschen. Seit der 1944 von Sir Ludwig Guttmann gegründeten „Spinal Unit“ im Stoke Mandeville Hospital sind in der Akuttherapie und in der Langzeit Versorgung von Patienten mit Querschnittlähmung große Fortschritte gemacht worden, etwa durch die Gründung von Spezialkliniken oder spezialisierten Klinikabteilungen mit kompetenten Teams aus  Orthopäden, Unfall- und Neurochirurgen, Urologen, Physio - und Ergotherapeuten und spezialisierten Pflegekräften.

Eine Machbarkeitsstudie: erfolgreich bei einem Patienten

Der uralte Traum, einen komplett Gelähmten, einen Para- oder Tetraplegiker, durch irgendeinen medizinischen Eingriff Unabhängigkeit von einem Rollstuhl zu verschaffen, ist aber auch heute noch mehr eine Vision als eine nahende Realität. Weder mit speziellen Wachstumsfaktoren noch mit Stammzellen haben Wissenschaftler bislang Ergebnisse erzielt, die den Patienten einen wirklich relevanten Nutzen in ihrem täglichen Leben gebracht hätten. Das trifft auch auf die Forschungsbefunde, über die vor wenigen Tagen französische Wissenschaftler der Universität von Grenoble um den Neurochirurgen Professor Alim-Louis Benabid (Clinatec, biomedizinisches Forschungszentrum am Polygone Scientifique) im Fachmagazin „ Lancet Neurology " berichten haben. In einer so genannten Machbarkeitsstudie haben Benabid und seine Kollegen gezeigt, dass ein 28-jähriger Tetraplegiker mit seinen Gedanken über eine kabellos Gehirn-Maschinen-Schnittstelle ein Exoskelett steuern und so alle seine vier Extremitäten gezielt bewegen kann. 

Epidural liegende Elektroden-Grids

Bei dem Patienten handelt es sich um einen 28-jährigen Mann mit einer Tetraplegie (spinale Läsionshöhe C4-C5), nach Sturz vor vier Jahren. Seinen Rollstuhl steuert der Mann über einen Joystick, den er mit seinem linken, nicht vollständig gelähmten Arm bewegen kann. Für die gedankliche Steuerung des 65 Kilogramm schweren und an der Decke fixierten Exoskeletts implantierten die Wissenschaftler dem Mann epidural je zwei Geräte (Elektroden-Grids mit je 64 Elektroden) zur Elektrokortikographie (ECoG) über dem sensomotorischen Kortex der beiden Hirnhälften. Dachte der Patienten daran, sich zu bewegen, zeichneten die Geräte die elektrischen Signale auf und leiteten sie an einen Computer weiter, der dann diese Signale in motorische Befehle für das Exoskelett oder einen digitalen Avatar übersetzte. Insgesamt konnte der 28-jährige Mann zwei Jahre mit dem System trainieren. Wie die Wissenschaftler berichten, ermöglichte das System dem Mann, alle vier Gliedmaße gezielt zu bewegen, wobei er recht hohe Freiheitsgrade bei den Armbewegungen erreichte (bis zu acht Grad).

Die Autoren betonen, dass es sich um eine Machbarkeitsstudie handelt, die unter anderem dazu beitragen könnte, dass in Zukunft tetraplegische Patienten mit speziellen Neuroprothesen und allein über ihre Gedanken einen Rollstuhl bewegen könnten. In weiteren Studien mit solchen Hirn-Computer-Schnittstellen könnten zudem vielleicht Erkenntnisse zur Hirnfunktion und auch zur so genannten Neuroplastizität gewonnen werden.

Keine bereits alltagstaugliche Technik

Auch der britische Wissenschaftler Professor Tom Shakespeare (London School of Hygiene and Tropical Medicine) weist in einem begleitenden Kommentar darauf hin, dass die Ergebnisse der Studie einen interessanten Fortschritt darstellten, es aber nur eine Machbarkeitsstudie sei. Von einer Anwendung der beschriebenen Technik im klinischen Alltag sei man noch weit entfernt. Ausserdem: Selbst wenn das System funktionieren sollte, würde es so teuer sein, dass die meisten Menschen mit einer Verletzung des Rückenmarks nicht von dieser Technik profitieren könnten. Es gibt einfachere und auch bezahlbare Techniken, mit denen Querschnittgelähmten tatsächlich geholfen werden kann; nur ein Beispiel sind so genannte Mund- und Kinnsteuerungen.

Auf den fehlenden Nutzen der aufwendigen Hightech-Methode für querschnittgelähmte Patienten weisen auch mehrere deutsche Spezialisten hin, wie eine ausführliche Dokumentation von Kommentaren vom „Science Media Center Germany“ zeigt. 

Rollstuhlabhängigkeit nicht das Hauptproblem

„Die klinische Relevanz ist derzeit äußerst eingeschränkt, da diese proof-of-concept-Studie noch keine flächendeckende Einsatzmöglichkeit eröffnet. Zusätzlich hat der Patient noch keine Möglichkeit, ein solches System alltäglich zur Verbesserung der Autonomie zu nutzen. Ohne das System verbleibt der Patient genauso gelähmt wie vor der Studie“, kommentiert zum Beispiel Dr. Mirko Aach , Leiter der Abteilung für Rückenmarksverletzte am Universitätsklinikum Bergmannsheil in Bochum. Es werde, so Aach, nur die prinzipielle Machbarkeit einer Kombination von Brain-Computer-Interface und Exoskelettsteuerung gezeigt. Ausserdem sollten die Risiken einer epiduralen Implantation nicht unterschätzt werden. Zu bedenken sei auch, dass das System etwa alle sieben Wochen erneut kalibriert werden müsse.  

Zahlreiche Studien zeigten darüber hinaus, dass die Begleiterscheinungen der Querschnittslähmung - etwa fehlende Sensibilität, Störungen der Blasen- und Mastdarm- sowie Sexualfunktionen, Schmerzen, Druckstellen und Spastik - größere Einschränkungen im Alltag mit sich bringen als die Unfähigkeit zu laufen. 

Die fehlende Alltagsrelevanz der aufwendigen Technik kritisiert auch Professor Norbert Weidner , Ärztlicher Direktor der Klinik für Paraplegiologie am Universitätsklinikum Heidelberg, in seinem Kommentar beim „Science Media Center Germany“. Darüber hinaus, so Weidner, sei zu berücksichtigen, dass die französischen Wissenschaftler nur über ihre Erfahrungen mit zwei Querschnittgelähmten berichten. Danach habe es bei einem der Patienten es technische Probleme gegeben; die Elektroden hätten wieder entfernt werden müssen. Weidner: „Es ist absolut nicht nachvollziehbar, warum einzelne Ergebnisse eines Patienten aus einer Studie mit insgesamt fünf geplanten Patienten herausgenommen und publiziert wurden.“ 

Technische Probleme und ethische Aspekte

Darüber hinaus ist die Technik noch recht weit davon entfernt, perfekt zu sein. Ein großes Problem sei die schlechte Präzision der Kontrolle, erläutert Weidners Mitarbeiter  Privatdozent Dr. Rüdiger Rupp , Leiter der Sektion Experimentelle Neurorehabilitation. Sogar nach mehrmonatigem Training hätten nur 75 Prozent der Armbewegungen das gewünschte Ziel erreicht. Ob das für eine Alltagsanwendung ausreichend sei, müsse noch geklärt werden.  werden. Außerdem sei, so Rupp, „unser Gehirn ständig aktiv, sodass während der Experimente mehrmals pro Minute fälschlicherweise die Absicht für eine Beinbewegung detektiert wurde. Wie diese Fehlaktivierungen im Alltag vermieden werden sollen, ist ebenfalls noch offen.“

Auf diese technischen Probleme weist auch Professor Dr. Surjo R. Soekadar , Einstein Professor an der Charité, hin: „Trotz Implantation war die in der vorliegenden Arbeit berichtete neuronale Steuerung des Exoskeletts nicht perfekt. Das ist nicht überraschend, weil derart abgeleitete Hirnaktivität immer auch eine gewisse Varianz aufweist. Im Alltag kann dies zu einem ernsten Problem werden. Um Unfälle zu vermeiden, ist es daher enorm wichtig, dass falsche Bewegungen mittels einer Veto-Funktion sofort unterbrochen werden können. Wegen der erwähnten Varianz kann eine solche Veto-Funktion allerdings bisher noch nicht über eine Hirn-Schnittstelle gewährleistet werden.“

Darüber hinaus müssten beim Einsatz von Neurotechnologien zahlreiche neuroethische Aspekte beachtet werden. Nur eine von mehreren ethischen Fragen ist die, wo die Verantwortung des Nutzers für eine Handlung, die durch solche technischen Systeme ermöglicht und gesteuert wird, endet und die des Herstellers beginnt.

 Zukunftsmusik: Therapie von Depressionen oder auch ADHS

Surjo R. Soekadar betont allerdings auch, dass „Gehirn-Computer-Schnittstellen ein Segen für Schwerstgelähmte" sein könnten, die sonst keine Möglichkeit zu kommunizieren hätten. Zahlreiche Studien zeigten zudem, dass der wiederholte Einsatz von Gehirn-Computer-Schnittstellen zu einer funktionellen und strukturellen Reorganisation des Gehirns führen könne, die mit der Verbesserung von Hirnfunktionen einhergehe. Auch in der französischen Studie kam es nach Angaben der Autoren zu diesen Umbauvorgängen, die nach wochenlangem Training unter anderem zu einer verbesserten Kontrolle des Exoskeletts führte. Es sei, so der Berliner Neurowissenschaftler, vorstellbar, dass dieser Effekt von Gehirn-Computer-Schnittstellen auch in der Behandlung anderer Erkrankungen eingesetzt werden könne, etwa im Bereich psychischer Störungen, wie Depressionen, Angststörungen, ADHS oder Suchterkrankungen. Soekadar: „Daran arbeiten wir derzeit an der Charité und werden dabei vom Europäischen Forschungsrat unterstützt.“