Eine experimentelle Gehirn-Computer-Schnittstelle hat es einem Mann mit amyotropher Lateralsklerose (ALS), der weder sprechen noch sich bewegen konnte, ermöglicht, zu kommunizieren.
Mithilfe eines handelsüblichen Implantats und einer neu entwickelten Software konnte der Patient, der sich im fortgeschrittenen Stadium der Lou-Gehrig-Krankheit befand und seine Augen nicht bewegen konnte, mit Forschern und Pflegern interagieren und Gulasch, Bier und Musik von der Band Tool anfordern , dankte den Forschern, die die Technologie entwickelt hatten, und lud seinen 4-jährigen Sohn ein, sich einen Disney-Film anzusehen.
Die Forscher stellen fest, dass die Studie zum ersten Mal zeigt, dass Kommunikation bei Patienten in einem vollständig eingeschlossenen Zustand (CLIS) möglich ist, und Hoffnung auf eine bessere Lebensqualität in dieser Population bietet.
„Es sollte sie dazu ermutigen, nach künstlicher Beatmung zu leben und nach Gehirn-Computer-Schnittstellen zu fragen, bevor sie CLIS werden“, sagte Studienforscher Niels Birbaumer, PhD, emeritierter Professor der Universität Tübingen, Tübingen, Deutschland Medizinische Nachrichten von Medscape.
Die Studie wurde am 22. März online veröffentlicht Naturkommunikation.
Obwohl die Ergebnisse vielversprechend erscheinen, bauen sie auf früheren Forschungsergebnissen auf, die 2019 Gegenstand einer Untersuchung durch die größte Fördereinrichtung Deutschlands waren. Diese Kontroverse veranlasste das Institut, das die aktuelle Forschung leitete, einen unabhängigen Experten mit der Prüfung und Überwachung der neuen Studie zu beauftragen.
Mechanismus ein “Geheimnis”
Die Nutzung der Brain-Computer-Interface (BCI)-Technologie, um ALS-Patienten die Kommunikation zu ermöglichen, hat in den letzten Jahren zugenommen. BCIs erfassen Gehirnsignale, übertragen sie an einen Computer und wandeln sie in einen Befehl um, den der Computer ausführt.
Frühere Untersuchungen zeigen, dass Patienten mit ALS, die Augenbewegungen und -kontrolle behalten, BCIs zur Kommunikation verwenden konnten. Bisher hat die Technologie jedoch bei CLIS-Patienten mit Ganzkörperlähmung nicht so gut funktioniert.
2019 implantierten deutsche und Schweizer Forscher zwei 64-Mikrode-Arrays in das Gehirn eines 34-jährigen Patienten, bei dem 2015 ALS diagnostiziert wurde.
Die Elektroden messen die neuronale Aktivität, während ein Verstärker, der sich außerhalb des Schädels des Patienten befindet, die Signale an einen Computer verstärkt. Eine vom Forschungsteam erstellte Software entschlüsselt die Signale und übersetzt sie in Befehle.
Mithilfe eines auditiven Feedback-Systems konnte der Patient die Tonhöhe eines Tons entweder hoch (was „ja“ bedeutet) oder tief (was „nein“ bedeutet) durch seinen Verstand modulieren. Wie das Gehirn das macht, ist ein Rätsel, Birbaumer genannt.
Ein Rechtschreibprogramm liest Buchstaben laut vor, zuerst in Gruppen und dann einzeln. Wenn eine Gruppe Buchstaben enthielt, die der Patient brauchte, um ein Wort zu buchstabieren, verwendete er auditives Feedback, um den hohen Ton auszuwählen.
Zunächst konnte der Patient seinen Namen richtig buchstabieren. Schließlich konnte er ganze Sätze bilden. An 44 der 107 Tage in dieser Phase des Experiments buchstabierte der Patient Wörter richtig, wobei er durchschnittlich nur ein Zeichen pro Minute buchstabierte.
Dennoch stellen die Forscher fest, dass er in der Lage war, mit seinen Betreuern, seiner Familie und seinen Forschern zu interagieren und sogar Anregungen zu Änderungen zu geben, um das Gerät effektiver zu machen.
Umstrittene Geschichte
Im Jahr 2017 veröffentlichten Birbaumer und Ujwal Chaudhary, PhD, der Hauptautor dieser aktuellen Studie, eine Studie in PLOS-Biologie. Wie damals von berichtet Medizinische Nachrichten von Medscapeanalysierte diese Forschung eine Gehirnüberwachungstechnik, von der die Wissenschaftler behaupteten, dass es Patienten mit ALS, die vollständig eingeschlossen waren, ermöglichte, Ja- oder Nein-Fragen richtig zu beantworten.
Vorwürfe eines Whistleblowers an der Universität Tübingen, wo Birbaumer Seniorprofessor und Chaudhary Postdoktorand war, veranlassten eine Untersuchung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Der Whistleblower behauptete, dass das Papier von 2017 und eine zweite 2019 veröffentlichte Studie unvollständige Daten enthielten und die Ergebnisse falsch darstellten. Die DFG-Untersuchung ergab Hinweise auf wissenschaftliches Fehlverhalten und verlangte von Birbaumer die Rückzahlung des Forschungsstipendiums. Die Agentur verbot Birbaumer außerdem, sich für 5 Jahre um Stipendien zu bewerben oder als Stipendienprüfer zu fungieren. Chaudhary wurde für 3 Jahre gesperrt. PLOS-Biologie zog die Papiere später zurück.
Beide Forscher haben die Vorwürfe zurückgewiesen und Berichten zufolge die Deutsche Forschungsgemeinschaft verklagt.
“Wir haben keine Informationen über den Stand unserer Klage gegen die DFG, sie ist noch anhängig”, sagte Birbaumer Medizinische Nachrichten von Medscape. „Ich hoffe, sie untersuchen unsere aktuelle Studie, weil sie die Studie von 2017 nicht sorgfältig genug untersucht haben.“
Ergebnisse “Nicht umwerfend gut”
Die umstrittene Geschichte veranlasste das Wyss Centre in Genf, Schweiz, das diese neue Studie leitete, einen unabhängigen BCI-Experten zu suchen, um die Studie zu prüfen und zu überwachen.
Nick Ramsey, PhD, Professor für kognitive Neurowissenschaften am Brain Center des University Medical Center Utrecht, Niederlande, erklärte sich bereit, den Auftrag im März 2020 zu übernehmen.
Ramsey hat auch Forschungen zu BCI bei Patienten mit ALS durchgeführt, aber seine Arbeit hat keine Patienten in CLIS eingeschlossen.
“Ich beurteilte die Studie als konform mit universellen Standards wissenschaftlicher Integrität”, sagte Ramsey Medizinische Nachrichten von Medscape. „Ich bin zuversichtlich, dass die in der Veröffentlichung präsentierten Daten und Ergebnisse valide sind und einer akademischen und medizinischen Prüfung standhalten werden.“
Als Kommentar zu den neuen Erkenntnissen bemerkte Ramsey, dass die Ergebnisse der Studie „nicht umwerfend gut sind, da der Benutzer nur während einer begrenzten Anzahl von Tagen kommunizieren konnte, und selbst dann mit beträchtlicher Langsamkeit“, sagte Ramsey. Er fügte jedoch hinzu, dass die Studie den prinzipiellen Beweis liefert, dass Kommunikation bei CLIS-Patienten möglich ist.
„Die Frage bleibt, ob ein BCI-Implantat bei diesen Patienten weiterhin gut wirkt, da es einige Hinweise darauf gibt, dass Menschen in einem solchen Zustand durch die Erkrankung innerhalb von Monaten oder wenigen Jahren ihre geistigen Fähigkeiten verlieren und somit nicht mehr generieren können ein Wunsch zu kommunizieren”, sagte Ramsey.
Beantwortung einer Anfrage von Medizinische Nachrichten von Medscapeein Sprecher für Naturkommunikation lehnte es ab, sich zu der neuen Studie zu äußern, sagte aber, dass Zeitschriftenredakteure „auf Kontroversen in jedem Bereich achten und vorsichtig sind, wenn sie Einreichungen während des Peer-Review-Prozesses prüfen“.
„Wir haben strenge Richtlinien, um die Integrität der von uns veröffentlichten Forschungsergebnisse zu schützen“, fuhr der Sprecher fort, „einschließlich der Sicherstellung, dass die Forschung nach einem hohen ethischen Standard durchgeführt und transparent berichtet wird.“
Die Forschung wurde vom Wyss Centre for Bio and Neuroengineering, Genf und der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert. Die Autoren haben keine relevanten finanziellen Beziehungen offengelegt. Ramsey wurde vom Wyss Center für seine beratende Rolle in diesem Projekt bezahlt.
Natur Comm. Online veröffentlicht am 22. März 2022. Volltext
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