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Lahme gehen, Blinde sehen

Erste Erfolge in der Verbindung von Mensch und Maschine

Der Cyborg, eine Mischung aus Mensch und Maschine, fasziniert seit Jahrzehnten Science-Fiction-Fans. Was zunächst unheimlich klingt, ist für viele behinderte Menschen ein Hoffnungsschimmer: Wenn künstliche Gliedmaßen fehlende Körperteile ersetzen, könnten Lahme tatsächlich wieder gehen und Blinde wieder sehen.

Computeranimation eines Hirnchips
Computeranimation eines Hirnchips

Erste Erfolge bei der Verbindung von Mensch und Maschine gibt es schon. So ist es einem Forscherteam um Professor Eberhardt Zrenner von der Universitätsklinik Tübingen bereits gelungen, blinden Patienten einen Chip in die Netzhaut einzusetzen. Er wird direkt an die Nervenzellen der Netzhaut angeschlossen und soll defekte Lichtsinneszellen ersetzen.

1500 Pixelfelder auf drei Milimetern

Auf dem nur drei Millimeter großen Chip befinden sich 1500 Pixelfelder mit Photozellen, Verstärkerschaltungen und Stimulationselektroden. Fällt Licht vom betrachteten Gegenstand ins Auge, wird es von den Photozellen in elektrische Signale umgewandelt, die wiederum die verbliebenen, intakten Nervenzellen der Netzhaut elektrisch reizen. Auch nach langjähriger Blindheit sind diese Nervenzellen noch zahlreich vorhanden. Über den Sehnerv werden diese Nervenimpulse dann ins Gehirn weiter geleitet.

Funktionsschema eines Netzhautimplantats
Funktionsschema Netzhautimplantat Quelle: ,Retina Implant

Erst dort - und nicht etwa im Auge - entstehen aus den Signalen der Sehnerven Bilder. Nach der Operation konnten die Patienten wieder Bewegungen und die Größe von Gegenständen erkennen. Voraussetzung ist allerdings, dass der Sehnerv normal funktioniert. Bereits in wenigen Jahren - so hoffen die Wissenschaftler - könnte das Implantat zu einem Durchbruch bei der Wiederherstellung des Sehens verhelfen.

Künstliche Hände und Arme

Auch für Menschen, denen Gliedmaßen fehlen, gibt es Hoffnung: Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen bei München arbeiten Forscher derzeit an der Entwicklung von künstlichen Armen und Händen, sogenannten Neuroprothesen. Mit einem neuen Hand-Arm-System sollen die Patienten fast alles machen können, was sie mit einem gesunden Arm auch tun könnten. Sogar schreiben. Doch bis es so weit ist, müssen noch viele Probleme gelöst werden.

Eines der größten Probleme, so Dr. Patrick van der Smagt vom DLR, ist die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Denn wie beim Computer die Maus an den Rechner angeschlossen werden muss, so muss auch beim Menschen der künstliche Arm eine Verbindung zum Rechenzentrum - also zum Gehirn - haben. Nur so kann der Mensch Befehle an den Roboterarm weiterleiten - oder umgekehrt die Hand dem Menschen mitteilen, was sie fühlt.

Schnittstelle Mensch/Maschine

Im Wesentlichen, so van der Smagt, gibt es drei Möglichkeiten, eine solche Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine zu schaffen. "Eine vergleichsweise einfache Methode ist die Elektromyografie. Da messe ich mit Elektroden am Unterarm die Muskelspannung und kann die Signale in Steuerbefehle für eine künstliche Hand umsetzen." Bei der zweiten Methode werden Sensoren ins periphäre Nervensystem im Arm eingesetzt, die dann Impulse registrieren und an die Roboterhand schicken - oder von der Hand zurück, um so einen Patienten auch fühlen zu lassen.

"Eine dritte Möglichkeit besteht darin, im Motorkortex, also in der menschlichen Hirnrinde, Signale abzugreifen", erklärt der Wissenschaftler. Die neuronalen Signale, die man auf diese Weise erhält, sind von besserer Qualität als bei anderen Methoden. Dazu müssen allerdings Elektroden direkt ins Gehirn eingesetzt werden - ein aufwändiges und riskantes Verfahren.

Der direkte Draht ins Gehirn

Für Querschnittgelähmte ist es allerdings das einzige Verfahren, das zurzeit überhaupt in Frage kommt. Denn bei ihnen ist das Rückenmark beschädigt, das Gehirn und Nerven miteinander verbindet. Indem die Elektroden direkt per Draht mit einem Computer verbunden sind, wird das Rückenmark einfach umgangen. Die unterbrochene Übertragung der motorischen Signale wird somit überbrückt.

An amerikanischen Forschungsinstituten wird dies bereits seit einigen Jahren praktiziert. Für Aufsehen sorgte 2005 der Fall des querschnittgelähmten Matthew Nagle, der nach der Operation alleine mit seinen Gedanken einen Computer bedienen konnte. Künftig soll eine Funkverbindung die Drähte ersetzen. Querschnittgelähmte sollen dann auch künstliche Gliedmaßen - zum Beispiel einen Roboterarm, der ihnen beim Essen hilft - mit ihren Gedanken bewegen können. Der nächste Schritt ist dann die Kontrolle über die eigenen Arme und Beine. Vom Erfolg dieser Mensch-Maschine-Verbindung ist Patrick van der Smagt überzeugt: "Ich glaube auf jeden Fall, dass wir in einigen Jahren Patienten laufen lassen können."

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