Ein Mann mit ALS, der seine Hände nicht benutzen kann, bekam ein Gehirnimplantat, mit dem er SMS schreiben, online einkaufen und Spiele spielen kann – nur durch denken. Es könnte ein Game-Changer sein.

• Die erste implantierte Gehirn-Computer-Schnittstelle wurde in den USA eingeschaltet.
• Es ermöglicht einer Person, einen Computer nur mit ihren Gedanken zu steuern.
• Obwohl die Technologie klobig ist, könnte sie eines Tages von Astronauten und Militärpersonal verwendet werden.

Philip O’Keefe erledigt heutzutage viele Dinge im Haushalt, ohne einen Finger zu rühren.

Er kann das Licht in jedem Raum ein- und ausschalten, seine Rechnungen bezahlen und online einkaufen, Freunde mit Zoom treffen oder eine Partie Solitaire oder Mah-Jongg spielen.

Und er tut das alles nur mit seinem Gehirn.

O’Keefe hat Amyotrophe Lateralsklerose, auch bekannt als ALS, was es fast unmöglich macht, seine Hände zum Tippen oder Texten zu verwenden. Aber wegen eines neuen Geräts, das in die Blutgefäße implantiert wird die Spitze seines Kopfeskann er seine Gedanken nutzen, um die Aktionen eines Computers voranzutreiben: Klicken, vergrößern, die Maus nach rechts bewegen, nach links bewegen.

Das Gerät heißt Stentrode und ist eines der allerersten implantierbaren Gedankenlesen Gehirn-Computer-Schnittstellen. O’Keefe, der in Melbourne, Australien, lebt, ist einer von weniger als 40 Personen weltweit ein funktionierendes BCI-Gerät in ihren Schädel implantiert zu bekommen.

Um sein Gerät zu benutzen, denkt O’Keefe einfach daran, eine bestimmte Bewegung mit seinem Körper auszuführen. Während sein Gehirn mit elektrischen Signalen aufleuchtet, liest die Stentrode – die in wichtigen Blutgefäßen in O’Keefes Gehirn verdrahtet ist – seine Gedanken.

Es sendet diese neurologischen Signale über ein Kabel in seine Brust, wo ein Bluetooth-Sender von der Größe eines Herzschrittmachers die Signale von O’Keefes Gehirn drahtlos an einen Computer weiterleitet. Der Computer decodiert dann das Signal und verwandelt die Idee in eine nützliche Aktion, wie einen Mausklick.

„Was auch immer Sie auf einem Computer tun können, kann ich tun“, sagte O’Keefe mit seinem BCI zu Insider. „In diesem Stadium bin ich etwas langsamer als Sie, aber es gibt die Möglichkeit, fast alles zu tun – wenn ich will.“

O’Keefe ließ sich sein Stentrode-Gerät im Frühjahr 2020 dank Australiens relativ lasch risikobasiert implantieren Verordnung von Medizinprodukten. Das Gerät kam dieses Jahr nach sechs Jahren regulatorischen Hin und Hers zwischen seinem Hersteller, einer Firma namens Synchron, und der Food and Drug Administration in den USA an. Am 17. August wurde die Stentrode eines Mannes mit ALS als erster US-Patient offiziell eingeschaltet.

Der Mann, dessen Identität nicht bekannt gegeben wurde, kann weder seine Arme noch seine Beine bewegen oder normal sprechen. Aber nach ein paar Monaten Training in seinem Haus in der Nähe von New York City kann er über seine Gehirn-Computer-Schnittstelle eine E-Mail mit „Hallo“ an seine Pflegekraft senden oder bei Google nach „Apotheken“ suchen. Für jede Aufgabe benötigt er etwa 90 Sekunden.

Physiotherapeuten und Neurowissenschaftler hoffen, dass er bald ähnliche Fähigkeiten wie O’Keefe entwickeln kann.

„Es ist keine leichte Aufgabe zu lernen – es ist ziemlich zerebral und herausfordernd – aber er macht es großartig“, sagte David Putrino, ein langjähriger BCI-Experte und Direktor für Rehabilitationsinnovation am Mount Sinai.

Stephen Hawking glaubte, BCIs seien die „Zukunft der Kommunikation“

Wenn man bedenkt, dass rund 30.000 Menschen in den USA an ALS leiden, ist es leicht zu verstehen, warum Putrino diesen ersten US-Patienten als Pionier bezeichnet. Aber er probiert die BCI-Technologie nicht nur für andere mit seiner Erkrankung aus, sondern auch für Millionen von Menschen gelähmte Menschen die einen Schlaganfall erlitten haben oder drinnen waren Autounfällesowie diejenigen, die aufgrund von Krankheiten wie Parkinson Schwierigkeiten haben, ihre Hände zu benutzen.

„Ich glaube, die Zukunft der Kommunikation sind Gehirn-Computer-Schnittstellen“, sagte der Physiker Stephen Hawking, vielleicht der berühmteste ALS-Patient, in seinem letztes Buch.

Für jetzt, die Realität von BCIs ist viel banaler und ziemlich langsam. Thomas Oxley, der CEO von Synchron, sagte, es sei wie „Ihre Smart-TV-Steuerung zu verwenden, um Ihr Netflix-Passwort zu ändern“ – ein Zeichen nach dem anderen.

In den kommenden Jahrzehnten sagte Oxley, er stelle sich vor, dass BCI-Operationen routinemäßiger werden würden, wobei „hundert Millionen Menschen“ auf der ganzen Welt die Implantate verwenden würden, um Erkrankungen wie Arthritis, Multiple Sklerose und Muskeldystrophie zu bewältigen. Da die Mobilität mit der Abnutzung des Alterns abnimmt, sagte Oxley, er stelle sich BCIs vor wie eine LASIK-Augenoperation für die Kommunikation.

„Es wird Ihnen helfen, besser in der Welt zu existieren“, sagte er.

BCIs sind äußerst schwierig zu konstruieren, da die Techniker nicht nur den Computer trainieren, sondern auch die Benutzer darin schulen müssen, zuverlässig dieselben Denkmuster anzuwenden, damit der Computer genau das tut, was sie wollen. Das Gehirn jeder Person funktioniert ein wenig anders und verwendet leicht unterschiedliche Nervenbahnen und Denkprozesse, um Aufgaben zu erfüllen.

„Für die nächsten 20 oder 30 Jahre geht es darum, den Menschen die Kontrolle über die digitale Welt zurückzugeben“, sagte Oxley.

Es ist eine einfache, “klobige” Lösung, sagte Oxley, aber für die mehr als 175.000 Menschen in den USA die durch Rückenmarksverletzungen „eingesperrt“ und dadurch oft arbeitsunfähig sind, könnte die Operation dieses ersten US-Patienten revolutionär sein.

Elektroden in die „natürlichen Autobahnen“ des Gehirns implantieren

BCIs arbeiten, indem sie Signale vom primären motorischen Kortex des Gehirns lesen, der willkürliche Bewegungen steuert. Sie gibt es mindestens seit den 1970er Jahren, aber bis Ende der 90er Jahre mussten die Benutzer große Kopfkappen und Drähte tragen, was sie nur in klinischen Umgebungen und Labors nützlich machte – eher ein High-Tech-Wissenschaftsexperiment als ein Hilfsmittel Gerät.

Implantierbare Geräte sind für Patienten praktischer, wenn sie sie alleine verwenden, sie sind jedoch mit einer Reihe von Risiken durch den Implantationsprozess verbunden, einschließlich Infektionen. Oxley, ein ausgebildeter Neurochirurg, hofft, dass er dieses Problem weitgehend vermieden hat, indem er für seine neuen Implantate eine routinemäßige, minimalinvasive Technik verwendet: ein kleines Netzröhrchen namens Stent.

Stents sind winzige Gerüststücke (in diesem Fall aus Platin), die Chirurgen in Atemwege, Blutgefäße oder blockierte Arterien des Körpers einsetzen. Sie werden oft verwendet, um Durchgänge im Herzen oder in der Lunge zu öffnen, aber mit Stentroden ermöglichen sie, dass ein winziges Netz von Elektroden über eine Halsvene direkt in den Kopf der Menschen implantiert wird.

“Die natürlichen Autobahnen im Gehirn sind die Blutgefäße”, sagte Oxley.

Das Gerät von Synchron (siehe Abbildung unten) verwendet nur einen Draht, der von einem herzschrittmacherähnlichen Empfänger in der Brust eines Patienten bis zu den wichtigsten Blutgefäßen im Gehirn führt, direkt neben dem primären motorischen Kortex.

Der milliardenschwere Wirtschaftsmagnat Elon Musk hat oft davon gesprochen, mit seiner Firma ähnliche Arbeit bei Menschen zu leisten Neurolink. Im Jahr 2020 Musk sagte Seine Technologie für Menschen sollte die „Größe einer großen Münze“ haben und „ein Stück Schädel ersetzen“, ein Design, das riskanter und anfälliger für Infektionen klingt als das von Synchron, das kein Durchstechen des Kopfes erfordert.

Musk hatte gesagt, er hoffe, bis Ende 2022 Versuche am Menschen mit seinen eigenen Gehirn-Computer-Schnittstellengeräten beginnen zu können, aber solche Versuche wurden nicht angekündigt. Die einzigen uns bekannten Wesen, die die Technologie von Neuralink ausprobiert haben, sind ein Schwein und ein Affe.

Im Jahr 2021 verließ der Präsident von Neuralink, Max Hodak, das Unternehmen, und im Jahr 2022 wurde er ein Investor in Synchron. Im August wandte sich Musk an Oxley wegen einer möglichen Investition in Synchron. Reuters gemeldet.

Gehirn-Computer-Schnittstellen für Piloten, Astronauten und Soldaten

Neben der Unterstützung von Menschen mit Behinderungen ist es möglich, dass die BCI-Technologie, ob implantiert oder auf einer Kappe getragen, militärische Anwendungen haben wird. Piloten könnten nur mit ihrem Gehirn fliegen, oder Soldaten könnten auf dem Schlachtfeld die Hände frei haben, um Multitasking zu betreiben. Forscher der NASA haben bereits BCI-Obergrenzen verwendet, um festzustellen, wann Piloten möglicherweise eher Fehler machen, was für Frühwarnsysteme nützlich sein könnte.

Einige Aufsichtsbehörden, wie die Federal Aviation Administration, denken über die Zukunft von BCIs nach. Aber das bedeutet, dass Datenschutz, Ethik, Cybersicherheit und Versicherungspolicen alle auf eine Weise berücksichtigt werden müssen, wie sie es noch nicht getan haben, sagte Karen Howard, Expertin für künstliche Intelligenz und Direktorin des Government Accountability Office für Wissenschaft, Technologiebewertung und Analytikabteilung.

Wenn Leute an BCIs denken, stellen sie sich „Science-Fiction-Filme“ und „Cyborgs“ vor, die „Ihr Gehirn kontrollieren“, sagte Howard. Das ist genau das Gegenteil davon, wie diese Geräte heute funktionieren – das Gehirn steuert den Computer.

Theoretisch könnten sich die Dinge in die andere Richtung verschieben. Bidirektionale BCIs können bereits zu Rehabilitationszwecken elektrische Stimulation an das Gehirn zurücksenden und so gelähmten Patienten helfen, sich wieder zu bewegen. Eines Tages könnte die gleiche Technik verwendet werden, um Menschen mit Anfallsleiden, Schlaganfallopfern oder anderen Menschen mit neurologischen Problemen oder Hirnverletzungen zu behandeln, ähnlich wie bisher Tiefenhirnstimulation.

Mit fortschreitender Technologie müssen wir schwierige moralische und ethische Fragen zur Verwendung von BCIs stellen.

„Könnte es vielleicht eines Tages für ein Militär möglich sein, ein Gerät zu entwickeln, das mit dem Gehirn von Soldaten kommuniziert und ihre Angst reduziert, sodass sie in eine gefährliche Situation geraten?“ sagte Howard. „Wenn die Behörden zu lange warten, um darüber nachzudenken, ist es fast zu spät, um darüber nachzudenken, wie man es regulieren kann, wenn ein Gerät verfügbar wird.“

Eine Stentrode im Kopf bis 2050?

In den kommenden Monaten hofft Oxley, mindestens fünf weitere Patienten mit schweren Behinderungen in seine aufnehmen zu können US-Sicherheitsstudie. Wenn dies erfolgreich ist, stellt sich der Neurochirurg vor, wie die gleiche Art von System als diagnostisches Instrument für neurologische Probleme wie Parkinson oder sogar als Therapeutikum verwendet werden könnte, das das Gehirn bei Problemen wie Depressionen und Zwangsstörungen gezielt stimuliert.

Als er darauf drängte, räumte Oxley ein, dass es eines Tages eine noch breitere, allgemeinere Nachfrage nach seinem Gerät geben könnte – wenn „Sie nicht ständig zum Telefon greifen oder Ihre Hände benutzen wollen“, um mit dem Internet zu interagieren, sagte er. Aber es wird Jahrzehnte dauern, um dorthin zu gelangen.

„Ich schätze, das ist 2050 oder später“, sagte er über die Aussicht auf BCIs für Menschen ohne Behinderungen. „Bevor das passiert, wird es, glaube ich, Millionen von Menschen geben, die BCIs bekommen, die schwere Behinderungen haben.“

Selbst damit diese gezielte, begrenzte Verwendung Realität werden kann, muss die FDA die Stentrode als Medizinprodukt genehmigen, damit sie an Menschen mit schweren Formen der Lähmung vermarktet werden kann. Das allein könnte noch mehrere Jahre klinischer Studien erfordern.

In Australien sendet O’Keefes Gehirn ein erkennbares Signal aus, und sein Gerät interpretiert es als Computerklick. Für ihn ist diese gewonnene Unabhängigkeit, so ermüdend und klobig sie auch sein mag, unschlagbar.

“Aus meiner Sicht gibt es keinen Zweifel: Daran beteiligt zu sein, gab mir einen Grund zu leben”, sagte O’Keefe. “Es hat mir viel mehr Freude am Leben zurückgegeben und mir Dinge zu tun gegeben. Es hat mir die Möglichkeit gegeben, mit dem in Kontakt zu bleiben, was vor sich geht.”

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