Die Medizintechnik-Firma Neuralink des Milliardärs Elon Musk hat vor einigen Tagen zum ersten Mal einem Menschen ein von ihr entwickeltes Gehirnimplantat eingesetzt. Das Implantat soll es ermöglichen, durch Gedanken Computer und Smartphones zu bedienen. Auch weitere Unternehmen und Forscher arbeiten an solchen Verfahren. Doch was bedeutet das genau? Wird der Mensch damit zu einem Cyborg, einem Mischwesen aus biologischem Organismus und Maschine?
Technisch gesehen ist das Implantat von Neuralink eine sogenannte Gehirn-Computer-Schnittstelle (Brain-Computer-Interface, BCI). Dies ist ein System, das Gehirnsignale entschlüsselt und in Befehle für externe Technologien übersetzt, ohne dass man dafür zum Beispiel Arme, Beine und Hände nutzen muss. Die elektrische Aktivität des Gehirns kann mittels Elektroenzephalografie (EEG) auf der Kopfhaut gemessen werden, aber auch durch ins Gehirn implantierte Elektroden.
Dahinter steht das Prinzip, dass schon die Vorstellung von einer bestimmten Aktion messbare Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität auslöst. Bestimmte Gedanken gehen mit charakteristischen Mustern einher. Computer können also lernen, daraus bestimmte Schlüsse zu ziehen. So wird zum Beispiel der motorische Kortex in der Großhirnrinde aktiviert, wenn man sich vorstellt, eine Hand oder einen Fuß zu bewegen. In einem Trainingsprozess müssen der Mensch und das Computersystem lernen, diese Hirnaktivität in Steuersignale umzuwandeln, um damit etwa den Cursor auf einem Computer zu bewegen.
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Angewandt wird das bereits auf verschiedenen Gebieten, zum Beispiel bei Menschen mit Locked-in-Syndrom. Diese sind zwar bei Bewusstsein, aber vollständig gelähmt, können nicht sprechen oder sich auf andere Weise äußern, etwa mit Gesten. Auch nicht mit Muskelaktivität unter der Kopfhaut – wie es zum Beispiel bereits bei BCI-Systemen für Videospiele kommerziell genutzt wird. Nein, hier muss man das Auftreten elektrischer Felder des Gehirns in Steuersignale umwandeln. So kann man zum Beispiel als vollständig Gelähmter eine Buchstabiermaschine bedienen, um mit der Außenwelt zu kommunizieren. Wobei es auch vom Patienten abhängt, wie gut er lernt, das System mit seinen Gedanken zu steuern.
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Eingesetzt könnten Gehirn-Computer-Schnittstellen bei ALS-Patienten, bei Verletzungen des Rückenmarks, traumatischen Hirnverletzungen, Blindheit, Parkinson, in der Schlaganfall-Rehabilitation oder zur Verbesserung der Mobilität von Behinderten. An der Berliner Charité arbeiten Forscher zum Beispiel an Exoskeletten, also mechanischen Hilfen, mit denen Arme und Beine wieder bewegt werden können.
„Von der Kopfoberfläche lassen sich komplexere Steuersignale bislang jedoch nicht auslesen, da herkömmliche Sensoren hierfür nicht sensitiv genug sind“, heißt es in einer Mitteilung der Charité. Forscher sind deshalb dabei, im Projekt „NeuroQ“ „hochsensitive diamantbasierte Quantensensoren“ zu entwickeln. Mit diesen sollen kleinste Magnetfelder gemessen werden, die durch Hirnströme entstehen. Diese lieferten „wesentlich deutlichere Signale als elektrische Felder“ und könnten dazu genutzt werden, Handbewegungen per Exoskelett deutlich präziser zu steuern.
Wie ordnet sich hier nun das Gehirnimplantat der Firma Neuralink des Milliardärs Elon Musk ein? Es ist im Grunde keine Sensation, denn die Forschung zu den Gehirn-Computer-Schnittstellen läuft, wie gesagt, überall. Doch der Weg, Gehirnsignale möglichst genau zu erfassen, kann unterschiedlich sein. Wie oben beschrieben, sind Sensoren, die auf einer Kappe angebracht sind – wie man es öfter sieht –, für medizinische Anwendungen meist nicht „sensitiv“ genug. Also versuchen verschiedene Forschergruppen, mit Implantaten unter das Schädeldach zu gehen. Damit soll die Gehirn-Computer-Schnittstelle wirklich klinisch anwendbar, alltagstauglich (da drahtlos) und von Störeinflüssen frei werden.
Zu den Gruppen, die an solchen Lösungen arbeiten, gehört neben Neuralink zum Beispiel die US-amerikanische Firma Precision Neuroscience, die ein Implantat mit Elektroden minimalinvasiv – über einen sehr feinen Schnitt – direkt am Gehirn anbringt, ohne das Hirngewebe selbst zu beschädigen. Insgesamt 1024 Mikroelektroden –zusammengenommen nur ein Fünftel so dick wie ein menschliches Haar – sollen „eine hundertmal höhere räumliche Auflösung als herkömmliche Elektrodenarrays“ bringen. Eine klinische Pilotstudie soll bereits stattgefunden haben. Weitere Studien an großen medizinischen Zentren sind geplant.
Das US-amerikanische Unternehmen Blackrock Neurotech hat beispielsweise schon vor Jahren bei einem US-Amerikaner ein Gehirnimplantat eingesetzt, das mit Sensoren seiner Roboterhand verbunden ist. Das Implantat sei auch bereits bei einer Reihe anderer Patienten aktiv, hieß es in einem Handelsblatt-Artikel. Die US-amerikanische Firma Synchron wiederum führt ihr BCI-System mit 16 Elektroden über Blutgefäße in die Nähe der richtigen Gehirnbereiche. Auch an Brain Spine Interfaces (BSI) wird geforscht. Hier geht es um eine Verbindung zwischen dem Gehirn und der Wirbelsäule, mit deren Hilfe Querschnittgelähmte wieder laufen lernen können. Und zwar erfolgreich, wie vor einem Jahr eine Nature-Studie anhand der Erfahrungen mit einem Patienten beschrieb.
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Die Schlagzeilen aber macht das Start-up Neuralink, wohl eben auch wegen des Namens Elon Musk, der damit verbunden ist. Neuralink wurde 2016 gegründet. Im Mai 2023 hat es von der US-Gesundheitsbehörde FDA die Erlaubnis bekommen, eine auf sechs Jahre angelegte Studie mit einem neuartigen Gehirnimplantat durchzuführen. Dies soll bei Patienten geschehen, die unter Tetraplegie leiden – Lähmungen aus verschiedensten Ursachen, bei denen man Arme und Beine nicht bewegen kann.
Offenbar ist nun – den Meldungen zufolge – eine erste Operation erfolgreich verlaufen. Bei dem Gehirnimplantat handelt es sich tatsächlich um einen kleinen runden Chip – mit 1024 Elektroden, betrieben mit einer Lithiumbatterie. Die Elektroden sind aber nicht auf der Gehirnoberfläche angebracht, sondern werden als dünne flexible Fäden direkt ins Gehirngewebe des Bereichs geführt, in dem willkürliche Bewegungen gesteuert werden, um dort elektrische Signale zu erfassen. Laut Darstellungen von Neuralink soll diese Art von Operation mithilfe eines speziellen Roboters geschehen. Auf dem Schädel bleibe am Ende nur eine kleine Narbe, heißt es.
Um welchen Patienten es sich handelt, wie die Operation konkret ablief – dazu gibt es keine näheren Informationen. Auch nicht über die bisherigen Erfolge, was die Effektivität der Gehirn-Computer-Schnittstelle betrifft. Dass es, wie Elon Musk schrieb, eine „vielversprechende“ Erkennung neuronaler Aktivität gebe, bedeute erst einmal wenig, sagte der Neurotechnologe Rüdiger Rupp vom Universitätsklinikum Heidelberg der Deutschen Presse-Agentur. „Das heißt noch keine Kontrolle eines Smartphones“, betonte Rupp.
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Um das zu erreichen, muss die Aktivität der Nervenzellen vom Patienten aktiv durch Gedanken beeinflusst werden. Außerdem braucht es einen Decoder, der die Gehirnaktivität stabil in Steuerbefehle umwandelt: zum Beispiel für einen Cursor auf einem Computer oder Smartphone.
Die Technik an sich stelle keine Revolution dar – diese Erkenntnis bekräftigte auch der Neuroinformatiker Moritz Grosse-Wentrup von der Universität Wien. Schon seit knapp zwei Jahrzehnten würden von einzelnen Patienten Roboterarme über Implantate gesteuert. Durch eine große Zahl an Elektroden, die mit Nervenzellen im Gehirn verbunden werden, ließen sich allerdings sehr zielgenau bestimmte Bereiche und damit auch Funktionen ansteuern.
Den großen Nachteil sieht der Neuroinformatiker in dem invasiven Verfahren: „Man ist im Gehirn drin.“ Eingriffe ins Gehirn seien immer mit dem Risiko von Infektionen verbunden. Zudem setze sich Hirngewebe wie jedes andere zur Wehr, etwa mit Abkapselungsreaktionen.
„Wie lange das System stabil bleiben kann, ist noch vollkommen unklar“, sagte Grosse-Wentrup. Bei ähnlichen invasiven Ansätzen habe sich gezeigt, dass die Zahl beobachtbarer Neuronen mit der Zeit abnimmt. Schon vor Jahren sagte der Neuroinformatiker, dass er Systeme für besonders vielversprechend halte, die zwar unter der Schädeldecke, aber oberflächig auf das Hirngewebe aufgebracht würden. Dort sei die Signalstärke relativ gut, die Blut-Hirn-Schranke bleibe intakt, eine Abstoßungsreaktion und das Infektionsrisiko seien gering. Dies ist der Weg, wie ihn etwa die US-amerikanische Firma Precision Neuroscience geht.
Kritik gibt es nicht nur daran, dass Musks Gehirnchip einen invasiven Eingriff braucht – mit höherem Risiko für Patienten. Wie der Fernsehsender CNBC berichtete, war die Technik von Neuralink zuvor bei Affen getestet worden. Das Physician’s Committee for Responsible Medicine, das sich gegen Tierversuche einsetzt, habe Elon Musk wiederholt aufgefordert, Details über die Experimente an Affen zu veröffentlichen, die zu inneren Blutungen, Lähmungen, chronischen Infektionen, Krampfanfällen und zum Tod geführt hätten, so der Sender.
Elon Musk antwortete auf die Vorwürfe im September 2023 auf Twitter: „Kein Affe ist an den Folgen eines Neuralink-Implantats gestorben. Um das Risiko für gesunde Affen zu minimieren, haben wir uns bei unseren ersten Implantaten für Affen im Endstadium (kurz vor dem Tod) entschieden.“
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Auch gibt es Diskussionen darüber, was Elon Musk mit dem Gehirnchip vorhat. Musk selbst verspreche einem ZDF-Beitrag zufolge, dass es irgendwann einmal damit möglich werde, Computer und andere Technik nur mit Gedanken zu steuern. So könnte man zum Beispiel in Gedanken eine Nachricht schreiben, eine Pizza bestellen, im Internet surfen, Sprachprogramme bedienen, mit anderen Gehirnen interagieren, Erinnerungen in einer Cloud abspeichern. Die Frage wäre natürlich: Wer hat Zugriff zu gespeicherten Gedanken und Erinnerungen? Könnte man damit auch Gedanken kontrollieren?
Und was wäre, wenn man Informationen jeglicher Art von Computern aus in Gehirne übertragen könnte? „Das wird nicht möglich sein“, sagte der Berliner Neurologe Ulrich Dirnagl im Magazin „Nano“ von 3sat. Auch andere Forscher sprechen von reiner Science-Fiction. Nicht nur, dass die bisherige Forschung vor allem darauf ausgerichtet ist, schwer Erkrankten zu helfen. Alles hängt auch von der aktiven Mitarbeit der Patienten ab. So wird zum Beispiel im Rahmen von klinischen Studien daran geforscht, wie man den menschlichen Gedankenstrom sichtbar machen kann, etwa als Hilfe für Schlaganfallpatienten, die gelähmt sind und nicht mehr sprechen können.
Wie 2023 eine Studie im Fachblatt Nature Neuroscience zeigte, braucht es dazu eine kleine Zahl freiwilliger Probanden, die viele Stunden lang im Hirnscanner liegen und ein langes, intensives Training auf der Basis von Geschichten absolvieren müssen. Die Künstliche Intelligenz (KI) lernt dabei, bestimmte Hirnaktivitäten zu „übersetzen“. Doch selbst bei intensivstem Training war die Wiedergabe durch den Decoder sehr fehlerhaft, so ein Ergebnis. Sobald Gedanken auch nur abschweiften, wurde der Prozess sabotiert. Das passierte auch, wenn das System zuvor mit einem anderen Probanden trainiert worden war.
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Wie die Entwicklung der Gehirnchips in der Zukunft weitergehen wird, lässt sich nur ahnen. Bereits jetzt werden verschiedenste Technologien in Menschen eingebaut, sodass manche bereits von einer „Cyborgisierung“ sprechen. Zu den Produkten gehören Herzschrittmacher, interne Defibrillatoren, Cochlea-Implantate für Gehörlose, Hirnschrittmacher, Insulinpumpen, Carbon-Beinprothesen und anderes.
Die Ergebnisse des Gehirnimplantats von Neuralink werde man erst in einigen Jahren beurteilen können, schätzt der Neuroinformatiker Moritz Grosse-Wentrup ein. Mit ersten Zulassungen auf dem Markt sei gegebenenfalls erst in etwa einem Jahrzehnt zu rechnen. Obwohl Forscher wie Grosse-Wentrup keinen entscheidenden Vorsprung von Neuralink gegenüber anderen implantierten Lösungen sehen, haben die Schlagzeilen über „Elon Musks Gehirnchip“ für sie etwas Gutes. Weil Musk nämlich dafür bekannt ist, sehr zielstrebig und ausdauernd auf ein Ziel hinzuarbeiten. Mit viel Geld, vielen Mitarbeitern könnte er es schaffen, „die unzähligen kleinen Probleme bis zur Marktreife zu lösen“, so Grosse-Wentrup.
Nicht klar ist dem Wiener Neuroinformatiker dabei, woraus sich Musk dann die Riesengewinne erhoffe. Die Patientengruppe, die absehbar davon profitieren könne, sei nicht sehr groß. „Nur wenige Menschen haben so schwere Lähmungen.“ Wenn zum Beispiel das Sprechen nicht beeinträchtigt ist, kann man Computer und Geräte auch mit Sprache steuern. (mit dpa)
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