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Hirn-Maschine-Schnittstellen als neuer nicht-pharmakologischer Ansatz zur Behandlung von Hirnerkrankungen

Einführung

                Vor mehr als zwanzig Jahren führte eine jahrzehntelange Zusammenarbeit zwischen der Gruppe von John Chapin an der Hahnemann University und meinem Labor an der Duke University zu der ersten experimentellen Demonstration, dass eine direkte Verbindung zwischen Tiergehirnen und Maschinen über längere Zeiträume hergestellt und aufrechterhalten werden konnte.1 Diese bahnbrechende Demonstration einer Hirn-Maschine-Schnittstelle (Brain-Machine Interface, BMI), wie der neue Ansatz genannt wurde, war nur aufgrund einer neuartigen neurophysiologischen Technik möglich, die von unseren beiden Laboren entwickelt und perfektioniert wurde.2,3 Ende der 1990er Jahre nutzte diese Technik, die als chronische Multi-Site-Multi-Elektroden-Aufzeichnung bekannt ist, die permanente Implantation mehrerer Arrays flexibler Mikroelektroden, um die gleichzeitige Aufzeichnung der extrazellulären elektrischen Aktivität von 50–100 einzelnen Neuronen bei sich frei verhaltenden Tieren zu ermöglichen.4,5 Diese chronischen Hirnimplantate blieben nicht nur mehrere Wochen oder sogar Monate lang funktionsfähig, sondern ermöglichten uns auch die Aufzeichnung einzelner Neuronen in mehreren kortikalen und subkortikalen Strukturen bei denselben Versuchstieren, so dass wir zum ersten Mal die Möglichkeit hatten, ganze neuronale Schaltkreise bei sich frei verhaltenden Tieren zu überwachen. Mit diesem Verfahren konnte mein Labor bald zeigen, dass sowohl Neu- als auch Altweltaffen effektiv eine BMI bedienen konnten.4,5 Im Jahr 2004 wurde die Möglichkeit, das menschliche Gehirn direkt mit künstlichen Geräten zu verbinden, auch bei menschlichen Patienten nachgewiesen und später in mehreren anderen Gruppen repliziert.6,7,8 Parallel zu diesen invasiven BMI wurden nicht-invasive Techniken wie die Kopfhaut-Elektroenzephalographie (EEG) eingesetzt, um zum ersten Mal die Funktionsweise von Gehirn-Computer-Schnittstellen zu demonstrieren, anfänglich bei Patienten, die am Locked-in-Syndrom leiden.9