Gelähter Patient bewegt prothetischen Arm mit Gedanken allein

Ein gelähmter erwachsener männlicher Patient benutzte eine Gehirncomputerschnittstelle, um einen prothetischen Arm zu bewegen - alles was er tun musste, war seine Gedanken zu benutzen und der Arm bewegte sich. Tim Hemmes berührt in einem emotionalen High-Five-Moment die Hände mit seiner Freundin. Hemmes, 30, hatte vor sieben Jahren einen Motorradunfall, der sein Rückenmark beschädigte und ihn gelähmt machte.
Die Forscher sagen, dass Hemmes der erste Patient in einer neuen menschlichen Studie ist, die bestimmt, ob die Gedanken einer gelähmten Person verwendet werden können, um ein externes Gerät zu steuern, wie einen ausgeklügelten Arm oder einen Computer-Cursor.
Eine Reihe von Elektroden wurde auf der Oberfläche des Gehirns des Patienten platziert, so dass er die externe Armvorrichtung steuern konnte. Dieses Projekt wird von Wissenschaftlern der University of Pittsburgh School of Medicine und des UPMC Rehabilitation Institute durchgeführt.
Der Roboterarm und die Roboterhand wurden von Wissenschaftlern des Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory entworfen.
Mit reiner Gehirnkraft schaffte es Hemmes, den Arm in Richtung der Handfläche eines der Forscher und dann später in die Hand seiner Freundin zu legen.

Tim Hemmes macht mit seiner Freundin einen High-Five (Foto: UPMC)
Nachdem er Arm und Hand erfolgreich bewegt hatte, sagte Hemmes:

"Ich habe mein Herz und meine Seele in alles gegeben, was sie von mir verlangten", sagte er sofort nach seiner Leistung. "Ich muss zum ersten Mal seit sieben Jahren jemanden erreichen und berühren."

Michael Boninger, M.D., Direktor des UPMC Rehabilitation Institute, sagte:

"Tim zu sehen, wie er mit einem mechanischen Arm seine Freundin berührte, war ein unerwarteter und ergreifender Bonus für uns alle, die an diesem aufregenden Projekt beteiligt sind.
Diese erste Testreihe bestätigt das große Potenzial der BCI-Technologie, nicht nur Rückenmarkverletzten zu helfen, unabhängiger zu werden, sondern auch ihre physischen und emotionalen Verbindungen zu ihren Freunden und ihrer Familie zu verbessern. Es motiviert uns weiter, diese Technologie für diejenigen, die sie brauchen, nützlich und verfügbar zu machen. "

Co-Investigator und UPMC-Neurochirurg Elizabeth Tyler-Kabara, M. D., Ph.D., legte während eines zweistündigen Verfahrens auf chirurgischer Ebene ein ECoG-Gitter (Elektrokortikographie-Gitter) in Briefmarkengröße auf die Oberfläche von Hemmes Gehirn. Dr. Tyler-Kabara ist Assistant Professor an der Abteilung für Neurologische Chirurgie, Pitt School of Medicine.
Tyler-Kabara erklärte:

"Vor dem Eingriff führten wir mehrere funktionelle Bildgebungstests durch, um zu bestimmen, wo sein Gehirn Signale für die Bewegung seines rechten Arms verarbeitet. Wir entfernten ein kleines Stück seines Schädels und öffneten die dicke schützende Dura Mater darunter, um das Gitter über diesem Bereich zu platzieren Wir setzen dann die Dura und den Schädel mit den Drähten an der Außenseite des Schädels, aber unter der Kopfhaut. "

Die Verbindungsdrähte wurden unter der Haut durch den Nacken des Patienten geführt und aus seiner oberen Brust herausgeführt. Von dort konnten sie in Computerkabel gesteckt werden.
Über einen Zeitraum von vier Wochen testeten Hemmes und das Forschungsteam die Technologie sechs Tage pro Woche, sowohl in den Räumlichkeiten der Universität als auch bei den Patienten zu Hause. Computer-Software, die von den Forschern entwickelt wurde, kann neuronale Signale interpretieren, die vom implantierten Gehirngitter aufgenommen werden.
Mit etwas Übung gelang es Hemmes, einen Ball ohne Computerunterstützung auf dem Fernsehbildschirm zu bewegen, wie die Wissenschaftler nannten "100% Gehirnkontrolle". Indem er einen Ball auf dem Bildschirm bewegte, arbeitete er daran, das gleiche mit einem Roboterarm und einer Roboterhand zu tun. Er versuchte, ein Ziel auf einem großen Schreibtisch zu erreichen.
Es war nicht dasselbe, seinen Arm in Bewegung zu bringen, bevor er gelähmt wurde. Hemmes musste sich vorstellen, wie er seinen Daumen beugte - um sich das vorzustellen - das erzeugte ein Signalmuster, das der Computer interpretierte "geh nach links"oder beugte seinen Ellenbogen, so dass das Objekt nach rechts bewegt werden konnte.
Co-Principal Investigator Wei Wang, M. D., Ph.D., sagte:

"Er brachte bestimmte motorische Vorstellungen mit der gewünschten Bewegungsrichtung in Gedanken in Verbindung. Es erforderte Konzentration und Geduld, aber dieser Prozess schien für ihn mit der Übung einfacher zu werden, genauso wie wenn jemand lernt, ein Auto mit einer manuellen Übertragung zu fahren. In zukünftigen Studien auch wird andere Ansätze testen, einschließlich der Teilnehmer, die sich einfach nach oben, nach unten, nach unten und so weiter entscheiden. "

Bis zur achten Sitzung konnte Hemmes erhebliche Fortschritte erzielen. Mit spezieller Schutzbrille, die ihm 3D-Sicht auf den Fernsehschirm erlaubte, bewegte er den Ball nach oben, unten, links, rechts und auch vor und zurück.
Dies führte dazu, dass der Arm in verschiedene Richtungen bewegt wurde - schließlich gelang es ihm, seine Freundin und Dr. Wang mit einer spektakulären High-Five zu erreichen.

Am folgenden Tag, dem 22. September, entfernte Dr. Tyler-Kabara das ECoG-Brain-Grid und die Verkabelung des Patienten während eines kurzen Eingriffs.
Die Wissenschaftler untersuchen derzeit alle Daten, die sie während dieser Studie gesammelt haben. Sie suchen nach fünf oder mehr zusätzlichen Erwachsenen mit Hirnstammstrichen von Rückenmarksverletzungen, die entweder keinen Nutzen haben oder ihre Hände und Arme für weitere Versuche extrem eingeschränkt benutzen.

Freiwillige suchten nach einer anderen Studie

Sie suchen auch Freiwillige für eine weitere einjährige menschliche Studie mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle, die ein 10-mal-10-Array von winzigen Elektrodenpunkten ist, die in Hirngewebe in einer Tiefe von weniger als einem Zehntel Zoll gehen und Sammeln Sie Signale von 100 einzelnen Neuronen.
Ein Raster wird in dem Teil des Gehirns platziert, der die Handbewegung kontrolliert, der andere wird in einer anderen Gehirnregion platziert, die Armbewegungen steuert, Andrew Schwartz. Ph.D., Co-Principal Investigator, erklärt.
Schwartz sagte:

"Wir gehen davon aus, dass diese durchdringenden Gitter sehr deutliche Signale vom Gehirn aufnehmen können, um zu zeigen, welche Bewegung der Teilnehmer beabsichtigt. Das zweite Gitter erlaubt uns zu sehen, was möglich ist, um die feine Bewegung der Finger und der Hand zu kontrollieren ist viel komplizierter, könnte aber auch nützlichere Funktionen für den Teilnehmer bieten. "

Erfolgreiches Tierversuch mit Avatar-Hand

Vor ein paar Tagen berichteten Wissenschaftler von der Duke University über zwei ausgebildete Affen, die eine Gehirn-Maschine-Gehirn-Schnittstelle benutzten, um eine Avatar-Hand zu bewegen, um die Textur virtueller Objekte zu erkennen. Ihr Ziel ist es schließlich, einen externen Exoskeleton-Anzug zu schaffen, den gelähmte Menschen tragen und herumlaufen können; indem sie nur ihr Gehirn benutzen, um Bewegung und Tastsinn zu kontrollieren. (Link zum Artikel)
Geschrieben von Christian Nordqvist