HIRNIMPLANTATE. Mensch-Computer- Schnittstelle: Matthew Nagle lebt mit hundert Elektroden unter der Schädeldecke

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1 72 HIRNIMPLANTATE Mensch-Computer- Schnittstelle: Matthew Nagle lebt mit hundert Elektroden unter der Schädeldecke

2 HIRNIMPLANTATE 73 Fernsteuerung durch Gedanken Erstmals konnte ein gelähmter Patient einen künstlichen Arm bewegen allein durch Gedankenkraft. Aber sind Hirnimplantate schon reif für die Anwendung am Menschen? DAVID EWING DUNCAN; RICK FRIEDMAN (FOTOS) kurz gefasst Matthew Nagle ist die erste Versuchsperson, die mit einem so genannten Neuroimplantat allein durch Gedankenkraft komplexere Bewegungen steuern kann. Neuroimplantate basieren auf einem Chip, der die elektrische Neuronenaktivität aufnimmt. Ein Computer wertet diese Signale aus, etwa um eine Prothese zu steuern. Hirn-Computer-Schnittstellen könnten etwa schwerstbehinderten Patienten den Alltag erleichtern. Die Technologie steht aber erst am Anfang der Entwicklung. Grummel, knister, knack. Ich höre einem Gehirn zu, das in einer unverständlichen Sprache spricht der Chor von Millionen feuernden Neuronen klingt für meine Ohren wie das Rauschen eines Kurzwellenradios zwischen den Sendestationen. Dann folgt ein deutliches Popp!. Und nochmals: Popp!. Ich sehe ein Video. Das Gehirn, um das es sich handelt, gehört einem bärtigen Mann in einem Stuhl. Seit er vor dreieinhalb Jahren Opfer einer Messerstecherei wurde, ist Matthew Nagle, ein 25-jähriger früherer Highschool-Footballstar aus Weymouth, Massachusetts, vom Hals abwärts gelähmt. Sein Beatmungsgerät gurgelt. Aus der rechten Seite seines Kopfes ragt ein Titangestell heraus. Am 1. Juli 2001 geriet Nagle am Wessagussett Beach in Weymouth in ein Handgemenge. Er kann sich nur erinnern, dass Fäuste zu fliegen begannen und einer seiner Freunde angegriffen wurde. Irgendjemand schrie etwas von einem Messer, und Nagle verlor das Bewusstsein. Als sein Vater, selbst ein Polizist, spätabends von Kollegen angerufen wurde, teilte man ihm mit, dass sein Sohn wahrscheinlich sterben würde. Die 20 Zentimeter lange Klinge hatte seine Halswirbelsäule durchbohrt. Nagle überlebte, doch seither ist er gelähmt und von einem Beatmungsgerät abhängig. Nach Jahren der Bewegungsunfähigkeit und Langeweile erklärte er sich bereit, an einem medizinischen Versuch teilzunehmen er wollte helfen herauszufinden, ob ein Mensch mit einem Hirn- Computer-Interface einen Computercursor sicher steuern kann oder nicht. Unter Nagles Schädeldecke sitzt ein Chip mit Elektroden, angrenzend an eine Hirnregion, die motorische Aktivitäten steuert. Der Chip hat die Größe einer Aspirintablette: Seine 100 winzigen, haarfeinen Elektroden nehmen die im Gehirn übertragenen elektrischen Signale auf, jede Elektrode kann Signale von einigen Neuronen empfangen. Auf seinem Schädel

3 74 HIRNIMPLANTATE sitzt ein grauer Stecker, der über Drähte mit einem Computer in der Nähe verbunden ist. Wenn Nagles Neuronen feuern, werden die Impulse gelesen und von einer Software dekodiert, welche die elektrischen Popps von Neuronengruppen auswerten kann. Der Computer liest Nagles Gedanken oder zumindest die von den Elektroden aufgenommenen Signale und entziffert einige simple Befehle, ausgedrückt in der elektrischen Sprache des Gehirns. Nagle ist zwar gelähmt, aber die Neuronen im Großhirn, die seine Bewegungen steuern, sind durchaus gesund. Nagle sitzt vor einer künstlichen Hand. Grummel, knister, knack. Ein Techniker bittet Nagle, sich vorzustellen, wie er seine Hand gebraucht. Er tut es. Das regt die Neuronen in seinem motorischen Kortex an und erzeugt ein elektrisches Signal, das von den implantierten Elektroden empfangen und vom Computer dekodiert wird ein Ablauf, der schließlich den künstlichen Daumen und Zeigefinger dazu bringt, sich zu öffnen und zu schließen. Das bedeutet viel für Nagle und andere, die durch Verletzungen oder degenerative neurologische Erkrankungen in ihren nicht mehr gehorchenden Körpern gefangen sind. Denn Nagle ist der erste Mensch, der einen künstlichen Arm ausschließlich mit seinen Gedanken steuert. Während eines Besuches an einer Pflegeeinrichtung südlich von Boston beobachtete ich, wie Nagle einen Cursor auf einem Computerbildschirm steuerte das erlaubt ihm, s zu schicken und zu empfangen, einfache Spiele zu spielen und seinen Fernseher zu bedienen. Umgeben von Fotos seiner Freunde und Familie und seinen Erinnerungsstücken an die Boston Red Sox und ihren Sieg 2004 in der World Series arbeitete Nagle mit der Technikerin Maryam Saleh daran, den Computer auf sein Gehirn zu kalibrieren. Das System ist klobig, etwa von der Größe einer Waschmaschine, mit zwei Bildschirmen für die Technikerin und einem für Nagle. Als ich ihn sah, wirkte Nagle müde und zerschlagen, und seine Bedienung des Cursors war eher rudimentär. Er versuchte, mit dem Mauszeiger einen kleinen animierten Geldbeutel auf dem Bildschirm anzusteuern, doch es wollte ihm nicht gelingen. Ich erwische ihn heute einfach nicht, nicht mal annähernd, klagte er. Später stellte Saleh den Computer so ein, dass Nagle die Fernsehkanäle verstellen konnte, und mit einiger Anstrengung schaffte es Nagle tatsächlich, den Kanal zu wechseln. MILLIARDEN NEURONEN Vielleicht war an diesem Tag die Anwesenheit eines Reporters das Problem. Der für Nagles Implantat verantwortliche Neurowissenschaftler John Donoghue von der Brown University versicherte mir, dass sich sein Patient vorher wesentlich geschickter angestellt hätte. Nagle selbst erzählt, vor meinem Besuch hätte er sogar eine Armprothese mit Gelenken, die menschenähnliche Bewegungen ermöglicht, erfolgreich bedient. Es hat wirklich gut funktioniert, sagt Nagle: Ich konnte die Prothese überall hinbewegen. Es ist ermutigend, dass das System so gut funktioniert, sagt Leigh Hochberg, ein Neurologe an der Harvard University und Experte für Patienten mit schweren motorischen Beeinträchtigungen. Hochberg leitet den im vergangenen April von der FDA (Food and Drug Administration) genehmigten Versuch, bei dem die Hirnimplantate an fünf Patienten getestet werden sollen. (Bislang ist Nagle der einzige Freiwillige für diesen Versuch.) Noch ist die Technik sehr grobschlächtig. Der Computer versteht nur einen winzigen Teil dessen, was in Nagles Gehirn abläuft, wo Milliarden von Neuronen gleichzeitig feuern können, mit Billionen von Interaktionen. Dennoch ist das Implantat ein bedeutender Schritt für das komplexeste Entzifferungsprojekt der Geschichte, die Entschlüsselung des menschlichen Gehirns ein Projekt, das womöglich selbst in Jahrzehnten noch nicht abgeschlossen sein wird, falls überhaupt je. EIN ERSTER SCHRITT Nagle ist nicht der erste Mensch, der ein implantiertes Hirn- Computer-Interface bedient. Ende der 90er Jahre implantierte der Neurowissenschaftler Philip Kennedy, Mitbegründer und Geschäftsführer der Neuroprothesen-Firma Neural Signals in Atlanta, Elektroden ins Gehirn von Patienten. Aber Kennedy implantierte nur zwei Glaselektroden, mit denen weit weniger neuronale Signale aufgenommen werden konnten, als es mit Nagles Chip möglich ist. Kennedys Versuchspersonen konnten lediglich einen Cursor auf einem Computerschirm hinaufund hinunterbewegen. Donoghue hofft, dass er die Funktionalität der Technik weiter verbessern kann. Neben seiner Tätigkeit als Professor für Neurowissenschaften an der Brown University ist Donoghue auch Mitbegründer und wissenschaftlicher Leiter bei Cyberkinetics Neurotechnology Systems in Foxborough, Massachusetts, jenem Unternehmen, das die Technologie entwickelt hat und den Versuch durchführt. Cyberkinetics hofft, dass es sein Braingate Neural Interface System innerhalb von fünf Jahren an Patienten verkaufen kann, die an Querschnittslähmung oder furchtbaren Krankheiten leiden, etwa einige Formen des Schlaganfalls und Amyotrophe Lateralsklerose (Lou Gehrigs- Disease), sagt Geschäftsführer Timothy Surgenor. Surgenor träumt von einer Version von Braingate, die Patienten erlauben würde, allein mit der Kraft ihrer Gedanken einen mit künstlichen Armen und Händen ausgestatteten Rollstuhl zu steuern, etwa um Rollläden zu schließen. Die Idee, eine Firma zu gründen, kam Donoghue im Jahr 2000 während eines Gesprächs mit seinem Postdoc Nicholas Hatsopoulos. Ursprünglich, sagt Hatsopoulos, der heute Assistenzprofessor für Neuroanatomie an der Universität von Chicago ist, ging es bei der Forschungsarbeit ausschließlich darum, zu studieren, wie Neuronen Bewegungen in Affen steuern. Eines Tages sagte Donoghue: Warum gründen wir nicht eine Firma und übertragen das auf Menschen? Hatsopoulos stimmte zu. Seit seiner Gründung im Mai 2001 hat Cyberkinetics mehr als 15 Millionen Dollar Kapital beschafft und 10 Millionen ausgegeben, und es wird weitere 40 bis 50 Millionen Dollar brauchen, um die nächsten drei bis fünf Jahre weiterarbeiten zu können, bis Braingate zugelassen ist und

4 HIRNIMPLANTATE 75 Hoffen auf Technik: Versuchsperson Nagle kann mit Gedankenkraft Mails verschicken und seinen Fernseher bedienen verkauft werden kann. Das Gerät muss noch verbessert werden, es muss auch drahtlos funktionieren, sagt Surgenor, und automatisiert werden, sodass Nagle und andere es auch ohne Hilfe benutzen können. Die Wissenschaftler um Donoghue und Cyberkinetics zählen zu den vielen auf der ganzen Welt, die an den nächsten Generationen von Neuro-Prothesen arbeiten also an prothetischen Geräten, die allein durch menschliche Gedanken bewegt werden. Donoghue sagt, diese Forschung werde es eines Tages Behinderten erlauben zu gehen, und sie wird vielleicht Nagle ermöglichen, seine eigenen Hände wieder zu benutzen, durch Ergänzung eines beschädigten organischen Nervensystems mit einem funktionalen kybernetischen System. Was vor wenigen Jahren noch wie Science-Fiction klang, halten einige Forscher heute durchaus für plausibel. Es ist sehr gut möglich, dass wir das schaffen, sagt Andrew Schwartz von der Universität Pittsburgh. Zugleich ist Schwartz jedoch skeptisch, dass Donoghues derzeitiges Gerät wirklich so gut funktioniert, wie es beworben wird. Die Bewegungen, die sie hinkriegen, sind eher grobschlächtig, sagt er: Es ist nicht klar, wie gut die Aufnahmen der neuronalen Signale wirklich sind, das hat man uns bisher nicht verraten. Zudem fragt sich Schwartz, ob das Spielen, Verschicken von Mails oder das Einschalten des Fernsehers die Lebensqualität des Patienten wirklich verbessert, solange der Patient nicht locked-in ist also so vollständig gelähmt, dass er oder sie weder sprechen noch blinzeln kann und daher nicht DIE KRITIKER FÜRCHTEN, DASS ES MEHR UM GELD UND KOMMERZIELLE VERMARKTUNG GEHT ALS UM DAS WOHL DER GELÄHMTEN PATIENTEN fähig ist, Computer-Interfaces zu bedienen, die durch Sprache oder Augenbewegungen gesteuert werden. Um nützlich zu sein, müssen diese Systeme viel mehr können, sagt er. Schwartz eigenes Labor hat eine Hirn-Computer-Schnittstelle für Affen entwickelt, die einen Arm mit menschenähnlicher Reichweite und Gewandtheit im dreidimensionalen Raum bewegen kann.

5 76 HIRNIMPLANTATE Neurowissenschaftler Miguel Nicolelis von der Duke University, ein weiterer Experte auf dem Gebiet, tut den Nagle- Versuch als Reklametrick ab. Es gibt andere prothetische Geräte und Interfaces, mit denen man das Gleiche erreichen kann, sagt er. Um eine chirurgische Intervention zu rechtfertigen, muss man viel gründlicher vorgehen. Ich denke, sie haben eine Reihe von Schritten ausgelassen, um die Methode auf Menschen anwenden zu können. Die Elektroden beispielsweise sind anfällig für das Verklumpen mit organischem Material, sagt er. Tatsächlich muss Nagles Implantat, um ordentlich zu funktionieren, regelmäßig ausgetauscht werden. Nicolelis fürchtet Rückschläge für das ganze Feld, wenn etwas schief geht, etwa durch eine Infektion infolge der Operation. Der Forscher plant, in naher Zukunft seine eigenen Sensoren in Menschen zu implantieren, aber nur für Forschungszwecke. Die kommerzielle Motivation von Cyberkinetics sieht er kritisch: Er fürchtet, dass sich die Firma mehr über die Vermarktung Gedanken macht als über das Wohl der Patienten. DAS HIRN VERSTEHEN Andere Neurowissenschaftler hingegen unterstützen Donoghue. Ich glaube, die Zeit ist gekommen, um das bei Menschen zu tun, sagt Richard Andersen, ein führender Neurowissenschaftler am California Institute of Technology, der ebenfalls vorhat, mit den von seinem Lab entwickelten Elektroden-Implantaten Forschung an Menschen durchzuführen. Neurowissenschaftler Bill Heetderks, der dem Neuroprothesenprogramm am National Institute of Neurological Disorders and Stroke bis 2003 vorstand und für die Vergabe von Fördermitteln an Donoghue, Nicolelis und andere bedeutende Forscher auf dem Gebiet zuständig war, betont, daß die FDA die Cyberkinetics-Versuche als sicher und viel versprechend genehmigt hat. Donoghues Experimente hätten eine wesentliche Frage beantwortet, die im Tierversuch nicht geklärt werden hätte können: Würden nach längerer Lähmung der Gliedmaßen menschliche Motorneuronen weiter feuern wie in einer gesunden Person? Das war ein wichtiger Grund, dieses Experiment an einem Menschen durchzuführen, sagt er: Jetzt wissen wir, dass die Zellen weiter arbeiten. Die Skeptiker bräuchten bloß zu kommen und ihm zuzusehen, sagt Nagle. Freilich räumt er ein, dass Braingate ihm nur MEHRERE FORSCHERGRUPPEN AUF DER GANZEN WELT BEREITEN DERZEIT KLINISCHE VERSUCHE MIT NEUEN HIRN-MASCHINEN-SCHNITTSTELLEN VOR begrenzt hilft, weil er das System nur mit Hilfe der Technikerin verwenden kann: Hey, ich möchte wieder gehen, oder zumindest in der Lage sein, meinen Rollstuhl zu bedienen. Aber es ist ein erster Schritt. Auf die Frage, ob er glaube, dass Cyberkinetics aus kommerziellen Motiven so früh mit den Versuchen begonnen habe, meint Nagle, er habe kein Problem damit. Ich glaube, dass sie das brauchten, um eine Finanzierung zu bekommen und Gott sei Dank haben sie das Geld gekriegt. Wenn sie mir helfen können, diesen Rollstuhl zu bedienen, und das System dann an andere verkaufen, soll es mir recht sein. Stecker am Kopf: Die elektrischen Signale der Neuronen werden an einen Computer übertragen und dekodiert Donoghues Arbeit versteht man am besten im Kontext der wissenschaftlichen Bemühungen, neuronale Aktivität zu interpretieren und darauf einzuwirken. Einige Wissenschaftler wie Donoghue wollen Elektroden implantieren, um mehr neuronale Daten schneller zu bekommen, andere glauben nicht, dass dafür Implantate nötig sind. Aber alle interessieren sich dafür, wie das Gehirn mit einem Computer zusammenarbeiten könnte, um praktische Anwendungen für eine Reihe von Zwecken zu schaffen. Die Wörter der neuronalen Sprache lassen sich in den elektrischen spikes der Neuronen belauschen obwohl einige Neurowissenschaftler vorgeschlagen haben, für Hirn- Computer-Schnittstellen größere, tiefere Felder der Hirnaktivität mittels Elektroenzephalografie zu beobachten, die keine chirurgische Implantation von Elektroden erfordert. EEG-Sensoren hatten einigen Erfolg, aber sie haben nur schwache Signale produziert, im Vergleich zu Implantaten, die neuronale Spikes erfassen. Ein Spike ist die Spitze einer elektrischen Welle, des Aktionspotenzials, das entsteht, wenn ein Neuron aktiviert wird und feuert. Auf einem der Monitore, der Nagles Hirnaktivität zeigt, sieht man dutzende Aktionspotenziale in Reihen quer über den Schirm wandern, während der Computer Signale aus den Elektroden in Nagles Implantat verarbeitet, von denen jedes die Aktivität dutzender Neuronen registriert. Wenn ein Neuron feuert, beginnt die Linie auf dem Monitor proportional zur elektrischen Welle anzusteigen, und dann, bei einer Geschwindigkeit, die hundertmal größer ist als das Blinzeln eines Auges, erreicht es einen Peak, der das Popp! verursacht. Hat das Neuron einmal gefeuert, fällt das elektri-

6 HIRNIMPLANTATE 77 Das Hirn hinter dem Chip: Neurowissenschaftler Donoghue will mit Hirn-Computer-Schnittstellen Geld verdienen sche Signal wieder zurück, und der Output bleibt entweder flach oder beginnt erneut anzusteigen. Aktive Neuronen feuern zwischen 20 und 200 Mal pro Sekunde. Das Timing und die Lokalisierung der Spikes im Gehirn und die Interaktion mehrerer Spikes unter den Neuronen schaffen kohärente Signale, die in Muskelbewegung und all die anderen Outputs unseres Gehirns umgesetzt werden. Zu verstehen, wie Verbände von Neuronen für motorische Aktivitäten funktionieren, ist relativ einfach, sagt Hatsopoulos, der an der Entwicklung der Algorithmen für Braingate beteiligt war. Sobald wir lernen, mehr neuronale Aktivitäten gleichzeitig auszuwerten, werden wir dadurch letztlich erfahren, wie höhere Hirnfunktionen funktionieren, etwa Emotionen und andere Verhaltensund Gedankenvorgänge. Mit der Durchführung von Versuchen an Menschen ist Donoghue seinen Kollegen davongezogen, obwohl auch andere Wissenschaftler Pläne für ihre eigenen klinischen Versuche mit elektrodengesteuerten Neuroprothesen verfolgen. In Atlanta hat Kennedys Firma die Zulassung der FDA erhalten, um Implantate mit ein oder zwei Elektroden in verschiedenen behinderten Menschen zu testen. Am Caltech hat Andersens Team begonnen, mit Menschen zu experimentieren, die an Epilepsie leiden, wobei er Hirnimplantate benutzt, die chirurgisch in den präfrontalen Cortex eingebettet sind (eine Hirnregion, die hilft, Körperbewegungen zu planen und umzusetzen); die Implantate erfassen einen beginnenden Anfall und wenden winzige elektrische Schocks an, um ihn zu unterdrücken. Obwohl Andersen keine kommerziellen Pläne für das Gerät hat, will er die Versuche am Menschen zu klinischen Tests ausbauen. Andersen baut auch seine Forschung an Affen aus; er hat Sensoren in die höheren Regionen eines Affengehirns implantiert und einige der elektrischen Signale dechiffriert, mit denen der Affe Handlungen plant und andere, die offenbar seine Motivation für ein bestimmtes Verhalten steuert. Wir haben einen anderen Ansatz als Donoghues Arbeit, sagt Andersen: Wir lesen Intentionen während Donoghue den für Motorik zuständigen Teil des Gehirns belauscht. Affen mit Elektroden in einer dieser Hirnregionen können Cursoren und Geräte bewegen, sagt Andersen. Forscher Nicolelis von der Duke University hat ein System erfunden, das Affen erlaubt, einen künstlichen Arm auf und ab zu bewegen, um sich einen Snack zu holen. Nicolelis hat das Gehirn seines Affen auch mit dem Internet verbunden und ließ den Affen einen Roboterarm 950 Kilometer entfernt steuern. Er hat Menschen mit Hirnimplantaten getestet, um die Muster zu studieren, in denen ihre Neuronen feuern, wenn sie einen Ball zusammendrücken. Bislang hat er den Output von bis zu 50 Zellen aufgenommen und nutzt diese Daten, um Algorithmen für die Bewegung eines Cursors zu entwickeln. Außerdem untersucht er, wie Neuronen im Gehirn sich an die Verwendung von Roboterarmen und Maschinen anpassen, da Neuronen ständig durch den Erwerb neuer Informationen und Fähigkeiten verändert werden. An der Universität von Pittsburgh hat Schwartz Experimente durchgeführt, die Affen ermöglichen, einen künstlichen Arm und eine Hand flüssiger zu bewegen. Diese Geräte haben die Bewegungsmöglichkeiten eines menschlichen Arms und Ellbogens, sagt er. Sein Team möchte ihren Arm an Menschen testen. Schwartz rechnet mit einem Entwicklungszeitraum von fünf Jahren. PING! PONG! Neurochirurg Gerhard Friehs an der Brown University führte Nagles Implantat-Operation am Rhode Island Spital in Providence im Juni 2004 durch. Friehs ist Experte im Implantieren von Neurogeräten wie den Activa-Hirnstimulatoren für Parkinson-Patienten, die das durch die Krankheit bedingte Muskelzittern kontrolliert. An einem Plastikmodell zeigte mir Friehs die Stelle, wo er ein kleines Loch in Nagles Schädeldecke bohrte, oberhalb der Region, die den linken Arm steuert. Friehs schoss dann das Implantat mit Hilfe einer Art Heftmaschine ins Hirn. ANDERE SYSTEME ERLAUBEN VÖLLIG GELÄHMTEN PATIENTEN, GERÄTE DURCH BEWEGUNG DER PUPILLEN ODER ATEMRHYTHMUS ZU STEUERN Nagle wurde zuerst vollständig narkotisiert, obwohl Friehs meint, in Zukunft sei das nicht mehr notwendig. Mit einer Magnetresonanztomografie (MRT) lokalisierten die Techniker den motorischen Kortex in Nagles Gehirn. Im Operationssaal benutzte Friehs die MRT-Daten, um ihn zu den genauen Koordinaten in Nagles Gehirn zu führen, und entfernte dann mit einem Hochgeschwindigkeitsbohrer einen Kreis in der Größe eines Eurostücks aus der Schädeldecke. Mit einer Art Heftmaschine implantierte Friehs den vier mal vier Millimeter großen Elektrodenchip, befestigte die Drähte und das Gestell und setzte das

7 78 HIRNIMPLANTATE MATTHEW NAGLE IST SICH NICHT SICHER, OB ER DEN VERSUCH FORTSETZEN WILL. ER HOFFT AUF KLEINERE UND LEICHTER BEDIENBARE SYSTEME Stück Schädeldecke wieder ein. Die gesamte Operationsdauer betrug etwa vier Stunden. Sechs Wochen später, nachdem Nagles Wunden verheilt und die unmittelbare Infektionsgefahr ausgestanden waren, begannen die Forscher mit den ersten Tests. Bald lernte Nagle, grob einen Kreis mit bloßer Gedankenkraft auf den Schirm zu zeichnen, später konnte er sogar Pong spielen, und er lernte, mit dem Cursor seinen Fernseher zu bedienen. Um zu verstehen, was Braingate für Nagle bedeutet, besuchte ich Leigh Hochberg, den Harvard-Neurologen. Hochberg, der Berater am Spaulding Rehabilitation Hospital in Boston ist, arbeitet mit Patienten, die Schlaganfälle oder schwere Rückenmarksverletzungen erlitten haben. Er zeigte mir einen Raum der Assisted Technology Group in Spaulding, wo schwer behinderte Patienten Computer und andere Maschinen bedienen, indem sie Geräte benutzen, die an ihren Augenlidern, Lippen oder Zungen befestigt sind, oder was auch immer sie noch bewegen können. Bei Menschen ohne jegliche Muskelbewegung verfolgen spezielle Kameras die Bewegung der Pupillen, um Mauszeiger zu bewegen. Andere atmen durch ein Rohr aus und ein, um einen Rollstuhl zu bewegen. An der Brown University traf ich den Computerexperten Michael Black, einen früheren Mitarbeiter des berühmten Xerox Palo Alto Forschungszentrums in Kalifornien. Black ist am besten dafür bekannt, dass er Maschinen entwickelt, die sehen können, obwohl er auch an Hirn-Computer-Schnittstellen geforscht hat. Black war schnell von den möglichen Vorteilen von Braingate überzeugt und wagte sich an die Aufgabe, bessere Algorithmen für die Auswertung neuronaler Spikes zu entwickeln, um Patienten eine feinere motorische Kontrolle zu ermöglichen. Er zeigt mir einige Charts mit eingefärbten Pixeln, die er entwickelte, um zu visualisieren was passiert, wenn ein Neuron feuert. Mitarbeiter von Donoghues Team, Arto Nurmikko, einem finnischen Elektrotechniker und Physiker, bekannt für seine Entdeckungen in der Laseroptik und bei Halbleitern. Er und Donoghue arbeiten daran, Braingate zu vereinfachen und das Titangestell und die klobige Hardware des Prototypen durch ein viel kleineres System zu ersetzen, bei dem das Implantat mit einem Glasfaserkabel verbunden ist, das unter der Haut des Patienten hindurchläuft. Das Glasfaserkabel würde Signale aus dem Gehirn an einen in die Brust implantierten Prozessor von der Größe eines Herzschrittmachers weiterleiten. Die Technik wird eine Weile brauchen, um sich zu entwickeln. Aber Nurmikko sagt, dass in diesem System der nächsten Generation eine Zweiweg-Kommunikation zwischen Hirn und Maschine möglich wäre, mit sensorischen Informationen von robotischen Gliedmaßen, die ins Gehirn zurückgeleitet werden, genau wie in einer gesunden Person. Wenn ein Patient nach einem Glas Wasser greift, würde ein solches neurales Feedback dem Gehirn und dem Computer helfen, die nötige Anstrengung zu berechnen, um das Glas hochzuheben. WARTEN AUF HILFE Werden diese Geräte das Leben der Menschen verbessern? Nagle selbst sagt, dass Braingate, zumindest in seiner derzeitigen Form, noch nicht sehr hilfreich für ihn ist. Seine Entscheidung, an dem Versuch teilzunehmen, hat er trotzdem nicht bereut. Das Ding wurde gebaut, um zu sehen, ob ich einen Cursor mit Gedanken bewegen kann um das zu lernen, brauchte ich gerade mal drei Minuten. Vorher habe er sieben Tage die Woche einfach nur herumgesessen. Also sagte ich mir:,warum nicht? Laut FDA-Protokoll soll die Studie mit Nagle ein Jahr dauern. Ich muss nächsten Juni entscheiden, ob ich das Implantat rausnehmen will. Ich bin nicht sicher, ob ich weitermachen werde. Ich könnte auf leichter bedienbare Geräte warten. Ich frage ihn, ob er glaube, dass er je wieder gehen werde können, und er antwortet: Das sei es, worauf er wirklich warte. y DIE FARBE DER GEDANKENKRAFT Jeder Chart stellt die Aktivität eines Neurons über einen Bereich von Handbewegungen dar. Der Chart ist blau, wenn das Neuron inaktiv ist, und purpurfarben schattiert, orange und schließlich rot, wenn es angeregt wird und schnell feuert. (Ein blaues Feld mit einem hellroten Fleck im oberen rechten Eck bedeutet, dass dieses Neuron aktiv wird, wenn sich die Hand des Affen hinauf und nach rechts bewegt.) Diese Netze zeigen Black die Feuermuster eines Neurons, die er modellieren kann, um einem Computer zu sagen, dass ein bestimmter gedanklicher Befehl eintritt und dass er die entsprechende Handlung ausführen soll. Der Schlüssel bei der Entwicklung dieser Modelle, sagt Black, ist die verblüffende Tendenz von Hirnneuronen, in relativ konsistenten Mustern zu feuern so konsistent, dass ein Computer sie genau auswerten kann. In einem Gebäude am Campus der Brown University sprach ich mit einem anderen links Die Website von Cyberkinetics, jenem Unternehmen, das Matthew Nagles Hirnimplantat entwickelt hat Website des Neurowissenschaftlers Miguel Nicolelis mit Animationen zu seinen Affenversuchen Seite mit Informationen zu Rückenmarksverletzungen, Behandlungsmöglichkeiten und Hilfstechnologien für gelähmte Patienten

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