Amerikanische Wissenschaftler, die auf das Gehirn einer gelähmten Person einwirken, konnten in gelähmten Gliedmaßen natürliche Empfindungen simulieren.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Richard Andersen (California Institute of Technology, USA) machte einen gelähmten Patienten, der die Empfindlichkeit der Haut verlor, sich wieder zu fühlen.
Dazu verwendeten sie Mikroelektroden, die in die Region des primären somatosensorischen Kortex des Gehirns implantiert wurden.
Es befindet sich im Gyrus der Kortikalis hinter dem zentralen Sulkus. Dieser Bereich hat eine einzigartige Eigenschaft: Punkte auf seiner Oberfläche entsprechen Hautbereichen im gesamten Körper. Es ist der somatosensorische Kortex, der Signale von Hautrezeptoren verarbeitet, und eine Person spürt eine Änderung der Temperatur, des Drucks oder des Schmerzes. Der gleiche Bereich ist "verantwortlich" für das Gefühl des eigenen Körpers im Raum.
Wenn das Rückenmark beschädigt ist, ist die Verbindung zwischen den Rezeptoren und dem somatosensorischen Kortex unterbrochen. Bei einer solchen Lähmung geht nicht nur die Beweglichkeit verloren, sondern auch die Empfindlichkeit der Gliedmaßen. Die Großhirnrinde selbst ist nicht betroffen, es werden jedoch keine Signale empfangen. Obwohl dieses Trauma unheilbar ist, ist es möglich, den Kortex direkt zu stimulieren, und die Person wird natürliche Empfindungen erfahren. Dieser Effekt ist seit langem bekannt, aber frühere Wissenschaftler verwendeten eine ziemlich grobe Reizung mit elektrischem Strom: Darüber hinaus traten unnatürliche Empfindungen mit zusätzlichem "Rauschen" auf - in Form von Kribbeln oder leichten Stromschlägen.
Die Forscher entschieden sich für die Verwendung von im Gehirn implantierten Mikroelektroden. Dieser Ansatz erhöhte die Genauigkeit der Stimulation und verringerte die Stromstärke.
Das Experiment wurde an einem Patienten durchgeführt, der aufgrund einer Rückenmarksverletzung unterhalb des Halses gelähmt war. Zwei Implantate mit Mikroelektroden wurden in den somatosensorischen Kortex implantiert.
S1 - Bereich der Implantatinsertion / P. A. Andersen et al., ELife.
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Natürlich waren die durch Stimulation hervorgerufenen Empfindungen nicht vollständig identisch mit den natürlichen, aber das Experiment ergab interessante Ergebnisse. Nicht alle Elektroden erzeugten eine Empfindlichkeit (46 von 96, 48%), aber die Reaktion war anhaltend und es wurden keine falsch positiven Ergebnisse beobachtet. Der Einfluss früherer Stimulationen auf nachfolgende wurde nicht beobachtet, die Reaktion war ähnlich wie bei der natürlichen: Es wird ein bestimmtes Signal empfangen, wodurch eine entsprechende Empfindung entsteht. Es gab weder während noch nach dem Experiment Komplikationen oder schmerzhafte Empfindungen.
Die Abbildung links (A) zeigt die Zonen, in denen die Empfindungen der Vorder- (helle Schattierungen) und der Rückseite (dunkle Schattierungen) der Hand und der Hand (blau) entstanden sind. Rechts ist gezeigt, welche Mikroelektroden auf den Elektrodenarrays des Implantats diesen Zonen entsprechen. Das Diagramm rechts zeigt die Art der empfundenen Empfindungen: Die rote Farbe zeigt die Hautempfindlichkeit, blau - propriozeptiv, dh die Körperempfindungen im Raum. Wie in der Figur zu sehen ist, erzeugten einige der Elektroden ein gemischtes Gefühl. Hautempfindungen wurden durch Stimulation von 45% der Elektroden verursacht, 32% verursachten ein Bewegungsgefühl und 23% - beide Arten von Empfindungen.
Empfindlichkeitszonen gemäß den Elektroden / R. A. Andersen et al., ELife.
Während des Experiments beschrieb der Patient klar seine Empfindungen, die unterschiedlich waren und natürlich entsprachen: Drücken, Klopfen, Handbewegung.
Das Experiment zeigte deutlich den Vorteil der Stimulation mit implantierten Mikroelektroden - die Gefühle waren fast real und gleichzeitig klar, ohne „Rauschen“. In Zukunft beabsichtigt die Forschungsgruppe, eine detaillierte Karte für die elektrische Stimulation zu erstellen, in der die Bereiche des Kortex und die entsprechenden Empfindungen genau identifiziert werden.
Die Forschung ist von großer Bedeutung für die Entwicklung von Neurointerfaces und bionischen Extremitätenprothesen.
Anton Bugaychuk
