Neue Technik gibt einem gelähmten Mann Bewegung und Gefühl zurück

Eine Gruppe von Forschern umgibt den 45-jährigen Keith Thomas, ihre Augen sind auf seine rechte Hand gerichtet. „Öffnen, öffnen, öffnen“, drängen sie und jubeln, wenn seine Finger nach außen flattern, um ein Bild auf einem Computerbildschirm zu spiegeln, und noch einmal, wenn sie beginnen, sich wieder nach innen zu krümmen.

Thomas, der nach einem Tauchunfall im Juli 2020 von der Brust abwärts gelähmt war, kann dank einer hochmodernen klinischen Studie unter der Leitung von Forschern des Feinstein Institutes for Medical Research von Northwell Health in New York seine Hand wieder bewegen. Chad Bouton, ein Bioingenieur an den Feinstein Institutes, der die Studie leitet, glaubt, dass Thomas der erste Mensch auf der Welt ist, der einen doppelten neuronalen Bypass erhält, eine Technologie, die sein Gehirn, sein Rückenmark und seinen Körper verbindet, in der Hoffnung, beides wiederherzustellen seine Bewegungsfähigkeit und sein Tastsinn – auch außerhalb des Labors.

Bisher scheint die Therapie zu wirken. Thomas ist nun in der Lage, seine Arme zu heben und spürt Empfindungen auf seiner Haut, darunter auch die Berührung der Hand seiner Schwester.

„Es ist unbeschreiblich“, sagt Thomas, „etwas fühlen zu können.“

Als Thomas 2021 begann, in Boutons Labor zu arbeiten, konnte er seine Arme nicht vom Rahmen seines Rollstuhls heben. Um Bouton und seinem Team zu helfen, ein Gefühl für seine Grundfunktion nach dem Unfall zu bekommen, bestand Thomas‘ Hauptaufgabe etwa ein Jahr lang darin, die Bewegungen der Hände auf einem Computerbildschirm zu beobachten und zu versuchen, ihre Bewegungen zu kopieren. Zu seiner großen Enttäuschung konnte sein Körper den Befehlen seines Geistes nicht folgen.

Das änderte sich nach einer 15-stündigen Operation im März 2023, bei der der Neurochirurg Dr. Ashesh Mehta fünf winzige, zerbrechliche Elektrodenanordnungen in den hyperspezifischen Regionen von Thomas‘ Gehirn platzierte, die die Bewegung und das Gefühl in seiner rechten Hand und seinen Fingern steuern. Um zu bestätigen, dass er die richtigen Stellen gefunden hatte, weckte Mehta Thomas während der Operation und stimulierte diese Bereiche des Gehirns. Sofort, sagt er, konnte Thomas zum ersten Mal seit fast drei Jahren wieder einige seiner Finger spüren. „Es war ein sehr gutes Gefühl“, sagt Mehta.

Wenn Thomas nun darüber nachdenkt, sich zu bewegen – und sich zum Beispiel vorstellt, wie er eine Flasche drückt – übertragen die Arrays die elektrischen Signale in seinem Gehirn an einen Verstärker an seinem Schädel, der die Signale über ein HDMI-Kabel an einen Spielecomputer weiterleitet, der ein paar Meter entfernt sitzt weg. Der Computer entschlüsselt diese Nachrichten und sendet ein Signal an Elektroden auf Thomas‘ Haut, die die Muskeln stimulieren, die er benötigt, um die Bewegung auszuführen, die er sich vorgestellt hat. Das Ganze geschieht fast in Echtzeit, auch wenn es Thomas Mühe kostet, sich die Bewegung vorzustellen und auszuprobieren.

An manchen Tagen fühlt sich dieser Prozess schwieriger an als an anderen, sagt Thomas, und es ist nicht immer klar, warum. Aber nach all den Monaten des Starrens auf Hände kann Thomas endlich seine benutzen. „Es ist überwältigend“, sagt er.

Neben der Bewegung gewinnt Thomas auch sein Gefühl zurück. Wenn er einen Gegenstand oder eine Person berührt, senden Sensoren auf seiner Haut ein Signal an den Computer, der dann mit den Arrays in seinem Gehirn kommuniziert. Er kann jetzt eine Hand in seiner spüren oder eine Feder, die die Sensoren an seinen Fingerspitzen streichelt. Die Berührung fühlt sich nicht mehr so ​​an wie vor dem Unfall – Thomas beschreibt es als einen Energieschub –, aber es ist ein Fortschritt.

„Jemandes Hand zu berühren und das zu spüren, ist ein so wichtiger Teil des Lebens“, sagt Bouton. Ein präziser Tastsinn ist auch wichtig, um funktionelle Aufgaben auszuführen, etwa ein Hemd zuzuknöpfen oder eine Kaffeetasse aus Styropor zu halten, ohne sie zu zerdrücken.

Der Fall von Thomas zeigt, wie weit die Lähmungsforschung in den letzten Jahrzehnten fortgeschritten ist. Vor etwa 20 Jahren begannen Forscher zu zeigen, dass Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) – wie die, die jetzt von Thomas verwendet wird – Menschen mit Lähmungen dabei helfen könnten, Aufgaben mithilfe ihrer Gedanken auszuführen. Ungefähr ein Jahrzehnt später verwendeten Bouton und sein Team auf der Grundlage von Forschungsergebnissen, die zeigten, dass gelähmte Menschen ihre Gedanken zur Steuerung von Robotergliedern nutzen können, einen neuronalen Bypass, um die Bewegung, aber nicht die Empfindung im Arm eines gelähmten Mannes wiederherzustellen Unfall.

Seitdem haben Forschungsteams die Rückenmarksstimulation eingesetzt, um die Mobilität von Menschen wiederherzustellen, die sich von Unfällen oder Schlaganfällen erholten. Und Anfang des Jahres berichtete ein wissenschaftliches Team, dass sie einem gelähmten Mann geholfen hatten, wieder auf natürliche Weise zu gehen, indem sie eine Brücke zwischen seinem Gehirn und dem Rückenmark geschaffen hatten.

Die neue Studie mit Thomas (deren Ergebnisse noch nicht in einer wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht wurden) bringt das Feld voran, indem sie „alle Elemente – Gehirn, Körper und Wirbelsäule – sowie Bewegung und Tastsinn kombiniert“, sagt Bouton. Anders als bei seiner früheren neuronalen Bypass-Arbeit, fügt Bouton hinzu, lernt Thomas langsam aber sicher wieder, sich zu bewegen und zu fühlen, auch wenn er nicht an das Computersystem im Labor angeschlossen ist.

Das liegt an der zusätzlichen Verbindung zwischen seinem Gehirn und seinem Rückenmark sowie an der Brücke zwischen seinem Gehirn und seinem Körper. Jedes Mal, wenn Thomas eine Bewegung ausführt, während er an den Computer angeschlossen ist, stimuliert das System den Teil seines Rückenmarks, der direkt unter seiner Verletzung sitzt – im Wesentlichen stellt es den Kontakt zwischen seinem Gehirn und dem Rückenmark wieder her und hilft seinem Körper dabei, sich wieder zu bewegen und zu fühlen von allein. „Wir glauben, dass diese elektrische Stimulation Schaltkreise erweckt, die beschädigt und drei Jahre lang inaktiv waren“, sagt Bouton.

Nur wenige Monate nach der Operation kann Thomas seine Arme bewegen, wenn er nicht mit dem Computer verbunden ist, und sogar mit geschlossenen Augen beschreiben, wo an seinem Arm er berührt wird. Das Team hat auch kleine natürliche Bewegungen in seinen Fingern beobachtet, ein weiteres gutes Zeichen.

Thomas sei guter Laune, sagt er, jetzt, da er seine Erfolge bei seinen zweimal wöchentlichen Besuchen in den Feinstein-Instituten sehen könne, die er damit verbringt, Witze zu reißen und seinem Lieblingsmusiker Harry Styles zuzuhören. Thomas sei motiviert, weiterzumachen, sowohl durch seine eigenen Gewinne als auch durch das Versprechen, Pionierarbeit für eine Technologie zu leisten, die eines Tages anderen helfen könnte, sagt er.

Eine flächendeckende Einführung der neuronalen Bypass-Technologie dürfte noch in weiter Ferne liegen. Es waren Millionen von Dollar an Forschungsgeldern und ein Team von Dutzenden nötig, um Thomas an diesen Punkt zu bringen. (Die klinische Studie, die Bouton durchführt, zielt darauf ab, die Technologie an bis zu drei Personen zu testen, aber Thomas ist der erste, dem das Implantat implantiert wird.)

In der Hoffnung, einer größeren Gruppe von Menschen zu helfen, arbeitet Bouton auch an einem separaten, nicht-invasiven System, das die Bewegung durch auf der Haut platzierte Elektroden stimulieren soll – eine Operation ist nicht erforderlich. Laut Bouton könnte ein solches Produkt gut für Menschen mit weniger ausgeprägten Lähmungen geeignet sein, beispielsweise für Menschen, die einen Schlaganfall erlitten haben oder sich keiner Gehirnoperation unterziehen möchten. Wenn das System für diese Bevölkerungsgruppen funktioniert, sagt Bouton, „haben Sie jetzt die Tür für Millionen und Abermillionen Menschen auf der ganzen Welt geöffnet.“

Schreiben Sie anJamie Ducharme unter [email protected].