Amyotrophe Lateralsklerose ist eine nicht heilbare Krankheit, bei der die Neuronen des motorischen Nervensystems degenerieren, was zu fortschreitenden Lähmungen führt. Der wohl bekannteste Patient war der Astrophysiker Stephen Hawking. Während Hawking noch seine Gesichtsmuskeln bewegen und so einen Sprachcomputer steuern konnte, befinden sich andere Patienten mit schneller fortschreitenden Formen der Erkrankung oft jahrelang in einem Zustand, in dem sie nicht einmal mehr die Augenmuskulatur willentlich steuern können. Da bisherige Kommunikationssysteme – auch solche, die auf einer Hirn-Computer-Schnittstelle (Brain Computer Interface, BCI) basieren – zumindest minimale Muskelbewegungen voraussetzen, hatten diese Patienten keine Möglichkeit, mit ihrer Außenwelt zu kommunizieren.
Patient mit komplettem Locked-in-Syndrom
Ein Team um Ujwal Chaudhary von der ALS Voice gGmbH in Mössingen im Landkreis Tübingen hat nun ein System entwickelt, das ohne jegliche Muskelbewegung auskommt. Anlass dafür war eine Anfrage der Familie eines Patienten mit einer schnell voranschreitenden Form von ALS. Als die Krankheit bei ihm im Jahr 2015 diagnostiziert wurde, war der Patient 30 Jahre alt. Im gleichen Jahr verlor er seine Fähigkeit zu gehen und zu sprechen, seit 2016 wird er künstlich ernährt und beatmet. Zunächst kommunizierte er mit seiner Familie über Augenbewegungen, doch als sich abzeichnete, dass er auch diese Fähigkeit bald verlieren würde, wandte sich seine Familie an Chaudhary und seine Kollegen.
In einer klinischen Fallstudie haben die Forscher dem Patienten ein von ihnen entwickeltes System zur Verfügung gestellt, das seine Hirnsignale misst und daraus die Antworten „ja“ und „nein“ ableitet. „Diese Studie beantwortet eine seit langem bestehende Frage, nämlich ob Menschen mit komplettem Locked-in-Syndrom, bei denen die gesamte willkürliche Muskelkontrolle, einschließlich der Augen- und Mundbewegungen, verloren gegangen ist, auch die Fähigkeit ihres Gehirns verlieren, Befehle für die Kommunikation zu generieren“, sagt Co-Autor Jonas Zimmermann vom Wyss Center in Genf. „Erfolgreiche Kommunikation mit Hilfe von BCIs wurde bereits mit bei Menschen mit Lähmungen nachgewiesen. Unseres Wissens nach ist dies jedoch die erste Studie, in der die Kommunikation mit einer Person gelungen ist, die sich nicht mehr willentlich bewegen kann und für die das BCI nun das einzige Kommunikationsmittel ist.“
Elektroden im Gehirn
Die bisher üblichen Hirn-Computer-Schnittstellen sind häufig nicht-invasiv. Um sie zu nutzen, werden Elektroden auf der Kopfhaut befestigt, die Hirnsignale ableiten. Bei dem vollständig gelähmten Patienten waren diese Signale allerdings zu ungenau, um zuverlässig dekodierbar zu sein. Chaudhary und sein Team implantierten ihm daher zwei winzige Platten mit Mikroelektroden in den motorischen Kortex. Stellt sich der Patient Bewegungen vor, verändert sich die Hirnaktivität in diesem Areal. In zahlreichen Trainingssitzungen hat der Patient gelernt, seine Hirnaktivität bewusst so zu modulieren, dass die Elektroden dies erfassen und erkennen können. Dabei half ihm ein Feedback-System, das die Änderungen der Feuerrate der entsprechenden Neuronen in akustische Signale umsetzt.
