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Sonntag, 22.01.2017
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Neurochip verändert Gehirn

Hirnschrittmacher stärkt die Signalwege der Bewegungssteuerung

Ein in das Gehirn eingepflanzter elektronischer Chip kann länger anhaltende Veränderungen der umliegenden Hirnstrukturen auslösen – und bietet damit eine Chance, zerstörte oder beschädigte Nervenverbindungen zu stärken und ihre Regeneration zu fördern. In einer jetzt in „Nature“ veröffentlichten Studie berichten Forscher über Versuche an Affen, bei denen die für die Bewegungssteuerung zuständigen Gehirnbereiche auf diese Weise beeinflusst worden waren.
Forschungslandschaft Gehirn

Forschungslandschaft Gehirn

Andrew Jackson, Jaideep Mavoori und Eberhard Fetz von der Universität von Washington erforschen bereits seit Jahren, wie das Gehirn die Bewegungen von Affen steuert. Entscheidender Akteur dieser Steuerung ist der motorische Kortex. Von diesem am Oberkopf liegenden Gehirnbereich gehen die Signale aus, die über das Rückenmark an die Muskeln gehen und sie zur Kontraktion oder aber Entspannung bringen.

Genau diese Signale können jedoch auch, wie Versuche bereits gezeigt haben, abgefangen und aufgezeichnet und anschließend außerhalb des Körpers von einem Computer so übersetzt werden, dass sie mechanische Hilfsmittel wie einen Roboterarm steuern. Diese so genannten „Brain-Computer-Interfaces“ (BCI) bilden heute ein sich rapide erweiterndes neues Forschungsfeld.

„Hirnschrittmacher“ schickt Bewegungssignale


In ihrer neuen Studie aber haben die Wissenschaftler erstmals gezeigt, dass die vom Gehirn ausgesendeten Signale nicht nur zur Steuerung externer Hilfsmittel eingesetzt werden können, sondern dass sie auch das Potenzial besitzen, Veränderungen im Gehirn selbst auszulösen. Für diesen Nachweis testeten die Forscher einen Neurochip, der auf dem Kopf von Affen befestigt wurde. Während diese ihren normalen Beschäftigungen nachgingen, zeichnete der winzige Chip ihre Gehirnsignale auf.


„Der Neurochip nimmt die Aktivität der motorischen Kortexzellen auf“, erklärt Fetz. „Er kann diese Aktivität in einen Stimulus übersetzen, der an das Gehirn, das Rückenmark oder den Muskel zurück gesandt wird. Auf diese Weise entsteht eine künstliche Signalverbindung, die während des normalen Verhaltens kontinuierlich läuft. Diese Gehirn-Computer-Verbindung erzeugt einen künstlichen motorischen Signalweg, den das Gehirn lernen kann zu nutzen, um beschädigte Signalwege zu ersetzen.“

Anhaltende Veränderungen in den Signalwegen


Die Forscher um Jackson fanden heraus, dass dieser „Hirnschrittmacher“ durch seine künstliche Stimulation von benachbarten Regionen im motorischen Kortex lang anhaltende Veränderungen hervorruft. Konkret zeigte sich, dass sich die Bewegungen, die von den Gehirnzellen im Aufnahmeareal gesteuert wurden, nach und nach den Bewegungen anglichen, die durch die künstlichen, vom Neurochip zurückgesendeten Signale ausgelöst wurden.

Nach Ansicht der Forscher ist dies ein Hinweis darauf, dass die Signalwege zwischen Aufnahme- und Stimulationsregion des Gehirns durch die fortwährenden Signale des Chips gestärkt wurden. Allerdings tritt dieser Effekt nur auf, wenn der zeitliche Abstand zwischen Aufnahme und Zurücksenden der Signale kurz genug ist. Dann aber treten die Verstärkungseffekte schon nach einem Tag auf und halten noch tagelang an, nachdem der Hirnstimulator entfernt wurde. „Diese ungewöhnliche Plastizität könnte damit zusammenhängen, dass diese Stimulation im Bereich des normalen Verhaltens erfolgt“, erklärt Fetz. Nach Ansicht der Wissenschaftler weckt dies durchaus Hoffnungen, auf ähnliche Weise eines Tages Schlaganfallpatienten oder Menschen mit anderen Gehirnschäden besser helfen zu können.
(University of Washington, 25.10.2006 - NPO)
 
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