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Nicht nur Neuralink: Wie weit andere Startups bei Gehirnimplantaten sind

Unternehmen wie Synchron, Paradromics und Precision Neuroscience werkeln ebenfalls an der Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen. Ihre Vor- und Nachteile.

Von MIT Technology Review Online
6 Min.
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Informationen aus dem Gehirn abgreifen, um die Absichten des Benutzers zu entschlüsseln: Das ist das Ziel der meisten Firmen, die Gehirn-Compupter-Schnittstellen entwickeln. (Symbolbild: Shutterstock/Mopic)

In der Welt der Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer Interface, BCI) kann es den Anschein haben, als würde es nur eine Firma geben: die Elon-Musik-Gründung Neuralink. Letzten Monat hat sie ein Video auf X veröffentlicht, das den ersten Menschen zeigt, der das Gehirnimplantat Telepathy erhalten hat. Der Empfänger, ein 29-jähriger Mann, der von den Schultern abwärts gelähmt ist, spielte in dem Clip Computerschach und bewegte einen Cursor mit seinen Gedanken. Das Erlernen der Steuerung sei wie die „Macht“ aus Star Wars gewesen, sagt der Patient in dem Video.

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Die Ankündigung von Neuralink, erstmals Studien direkt am Menschen durchzuführen, erregte großes Aufsehen – nicht wegen der tatsächlichen Anwendung, die schon 2006 gezeigt worden war, sondern wegen der Fortschrittlichkeit des Implantats. Das Gerät ist unauffällig und drahtlos und enthält Elektroden, die so dünn und sensibel sind, dass sie von einem Spezialroboter in das Gehirn einbracht werden müssen.

Telepathy erregte auch deshalb Aufmerksamkeit, weil Musk zuvor große Versprechungen machte. Es ist kein Geheimnis, dass der Tesla- und SpaceX-Gründer daran interessiert ist, mit seinem Chip die geistige Leistung zu verbessern und nicht nur verloren gegangene Funktionen wiederherzustellen, die durch Verletzungen oder Krankheiten entstanden sind.

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Bei all dem Hype sollte man aber nicht vergessen, dass Neuralink nicht das einzige Unternehmen ist, das BCI entwickelt. Sie helfen Menschen, die die Fähigkeit verloren haben, sich zu bewegen oder zu sprechen. Synchron, ein in New York ansässiges Unternehmen, das von Bill Gates und Jeff Bezos finanziell unterstützt wird, hat seine Hardware bereits zehn Menschen implantiert. Und letzte Woche hat das Unternehmen ein Patientenregister eingerichtet, um sich auf eine größere klinische Studie vorzubereiten.

Aus den Neuronen die Absicht ablesen

Die meisten Firmen, die in diesem Bereich tätig sind, verfolgen dabei das gleiche Ziel: die Erfassung ausreichender Informationsmengen aus dem Gehirn, um die Absichten des Benutzers zu entschlüsseln. Die Idee ist, die Kommunikation von Menschen zu unterstützen, die sich nur schwer bewegen oder sprechen können, indem man ihnen entweder hilft, einen Computercursor zu steuern, oder indem man ihre Gehirnaktivität sogar direkt in Sprache oder Text übersetzt.

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Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, solche Geräte zu klassifizieren, erläutert Jacob Robinson, Bioingenieur an der Rice University. Er selbst ordnet sie gerne nach ihrer Invasivität ein. Es gibt dabei einen inhärenten Kompromiss: Je tiefer die Elektroden im Gehirn eingepflanzt werden, desto invasiver ist der Eingriff, der zur Implantation erforderlich ist. Das wiederum steigert die Risiken bei Operation und Betrieb. Aber je tiefer die Elektroden eingesetzt werden, desto näher sind sie an der tatsächlichen Hirnaktivität, die die BCI-Hersteller aufzeichnen wollen. Dadurch ergibt sich eine höhere Auflösung der elektrischen Aktivität, was beispielsweise helfen könnte, Sprache zu entschlüsseln. Das ist das Ziel von Unternehmen wie Neuralink und Paradromics.

Robinson ist CEO und Mitbegründer von Motif Neurotech, das ebenfalls eine Gehirn-Computer-Schnittstelle entwickelt, die aber nur den Schädelknochen durchdringen muss. Im Gegensatz dazu verfügt das Gerät von Neuralink über Elektroden, die in den Kortex, also die Großhirnrinde, eingesetzt werden – und zwar „gleich in den ersten paar Millimetern“, so Robinson. Zwei weitere Unternehmen – das in Austin ansässige Startup Paradromics sowie Blackrock Neurotech – haben ebenfalls Chips entwickelt, die in die Großhirnrinde eingeführt werden.

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Mehr Bandbreite für eine genauere Steuerung

„Damit kommt man sehr nahe an die Neuronen heran und erhält Informationen darüber, was die einzelnen Gehirnzellen tun“, sagt Robinson. Die Nähe zu den Hirnzellen und eine größere Anzahl von Elektroden, die deren Aktivität „abhören“ können, verbessern auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung. Und je größer diese Bandbreite ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Gerät in der Lage sein wird, die Gehirnaktivität in Sprache oder Text zu übersetzen.

Wenn es um die schiere Menge an eingesetzten Systemen geht, ist Blackrock Neurotech der Branche weit voraus. Sein Utah-Array wurde seit 2004 in Dutzende Menschen implantiert. Es ist das Array, das von universitären Labors im ganzen Land wohl am häufigsten verwendet wird. Und es ist auch die Hardware, die die Grundlage für Blackrocks „Move-Again“-Gerät bildet, das 2021 von der FDA als „bahnbrechend“ eingestuft wurde und eine Sonderfreigabe erhielt. Doch seine Bandbreite ist wahrscheinlich geringer als die des Geräts von Neuralink, sagt Robinson.

„Paradromics wiederum hat die Schnittstelle mit der höchsten Bandbreite, aber sie haben sie noch nicht am Menschen getestet“, sagt Robinson. Die Elektroden befinden sich auf einem Chip von der Größe einer Uhrenbatterie, aber das Gerät benötigt einen separaten drahtlosen Sender, der in die Brust implantiert wird und über ein Kabel mit dem Gehirnimplantat verbunden ist.

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Nachteile der neuen Geräte

Alle diese Geräte haben jedoch einen Nachteil: Sie erfordern alle eine offene Gehirnoperation, und „das Gehirn mag es einfach nicht, wenn man es mit Nadeln sticht“, so Synchron-Gründer Tom Oxley in einem TED-Vortrag im Jahr 2022. Synchron hat daher eine Elektrodenanordnung entwickelt, die auf einem Stent montiert ist, demselben Gerät, das Ärzte verwenden, um Arterien zu öffnen. Die „Stentrode“ wird über einen Einschnitt im Nacken in ein Blutgefäß direkt über dem motorischen Kortex eingeführt. Durch diese einzigartige Einbringungsmethode wird eine Gehirnoperation vermieden. Da das Gerät jedoch nicht im, sondern über dem Gehirn platziert wird, ist die Datenmenge, die es erfassen kann, begrenzt, sagt Robinson. Er ist skeptisch, dass das Gerät in der Lage sein wird, genügend Daten zu erfassen, um einen Computercursor zu bewegen. Aber es reicht aus, um Mausklicks zu erzeugen. „Sie können auf Ja oder Nein klicken; sie können auf und ab klicken“, sagt er.

Das junge Unternehmen Precision Neuroscience, das von einem ehemaligen Mitarbeiter von Neuralink gegründet wurde, hat hingegen eine flexible Elektrodenanordnung entwickelt, die dünner als ein menschliches Haar ist und einem Stück Klebeband ähnelt. Sie wird durch einen kleinen Einschnitt auf die Hirnrinde aufgesetzt. Das Unternehmen hat im vergangenen Jahr seine ersten Versuche am Menschen durchgeführt. In diesen ersten Studien wurde das Array vorübergehend in Menschen implantiert, die sich aus anderen Gründen einer Gehirnoperation unterzogen.

Letzte Woche berichteten Robinson und seine Kollegen in Science Advances über den ersten Test des Geräts von Motif Neurotech am Menschen, das nur den Schädel durchdringen muss. Sie platzierten das kleine, batterielose Gerät, das als „Digital Programmable Over-brain Therapeutic“ (kurz DOT) bekannt ist, vorübergehend über dem motorischen Kortex einer Person, die bereits für eine Gehirnoperation vorgesehen war. Als sie das Gerät einschalteten, ermittelten sie Bewegungen in der Hand des Patienten.

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Kampf der Depression

Das ultimative Ziel des Motif-Geräts ist es aber nicht, Bewegungen auszulesen und Prothesen zu steuern. Sie haben eine ganz andere Anwendung ins Auge gefasst: die Linderung von Stimmungsschwankungen. „Auf jeden Menschen mit einer Rückenmarksverletzung kommen zehn Menschen, die an einer schweren depressiven Störung leiden und auf Medikamente nicht ansprechen“, sagt Robinson. „Sie sind genauso verzweifelt.“ Die Studie zeigt, dass das BCI stark genug ist, um das Gehirn zu stimulieren – ein erster Schritt in Richtung der Ziele des Unternehmens.

Die Hardware befindet sich wie erwähnt oberhalb des Gehirns und kann daher keine Daten mit hoher Bandbreite erfassen. Da Motif aber gar nicht erst versucht, Sprache zu entschlüsseln oder Menschen zu helfen, Dinge mit ihren Gedanken zu bewegen, ist das auch nicht nötig. „Emotionen ändern sich nicht annähernd so schnell wie die Laute, die aus Ihrem Mund kommen“, sagt Robinson.

Welches der BCI-Unternehmen Erfolg haben wird, bleibt abzuwarten – aber angesichts der Dynamik, die das Feld bereits gewonnen hat, scheint die Steuerung von Geräten durch den Geist keine Science-Fiction mehr zu sein. Dennoch sind diese Geräte in erster Linie für Menschen mit schweren körperlichen Beeinträchtigungen gedacht. Erwarten wir also nicht, dass Gehirnimplantate in absehbarer Zeit das Ziel von Neuralink erreichen, „die Grenzen der menschlichen Fähigkeiten neu zu definieren“. Auch das Neuerleben der Welt mittels BCI muss noch eine Weile warten.

Autorin des Textes ist Cassandra Willyard. Sie ist selbstständige Journalistin in den USA. Sie schreibt regelmäßig für die US-amerikanische Ausgabe von MIT Technology Review und deckt dort den Bereich Medizin ab.
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