Wie ist das Gefühl, ein Hirn-Computer-Interface (BCI) 5 Jahre lang implantiert zu haben?

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Redaktionelle Anmerkung: Rodney Gorham ist derjenige, der das Synchron-Brain-Computer-Interface am längsten implantiert hat. Auch jetzt erforscht er ständig neue Nutzungsmöglichkeiten. Dieser Artikel ist eine Übersetzung und soll Ihnen Anregungen geben.

Bildquelle: ARSINEH HOUSPIAN

Rodney Gorham hat kürzlich einen Meilenstein erreicht, den nur wenige Menschen schaffen: Das Brain-Computer-Interface, das in seinem Körper implantiert ist, wird seit fünf ganzen Jahren stabil genutzt.

Dieses experimentelle Implantat, das von dem Start-up Synchron entwickelt wurde, ermöglicht es ihm, nur mit der Kraft des Geistes seine Heimcomputer und andere digitale Geräte zu steuern. Für den 65-jährigen Gorham ist es eine Rettungshand, denn er leidet an Amyotropher Lateralsklerose (ALS), einer Krankheit, die ihn nicht mehr gehen, sprechen oder seine Hände bewegen lässt.

Synchron ist eine der vielen Unternehmen, die sich der Kommerzialisierung von Brain-Computer-Interfaces widmen. Auch Elon Musks Neuralink gehört dazu. Ihr Ziel ist es, Menschen mit Behinderungen zu helfen. In den letzten fünf Jahren hat Synchron seine Hardware und Software mehrmals verbessert, und Gorham war während des gesamten Prozesses dabei und trug zur Weiterentwicklung dieser Technologie bei.

Von den zehn Freiwilligen, die sich einer Implantation durch Synchron unterzogen haben, ist Gorham derjenige, der es am längsten nutzt. Im Dezember 2020 wurde ihm das Interface in einem Experiment in Australien implantiert.

(Derzeit ist Nathan Copeland derjenige, der das Brain-Computer-Interface am längsten nutzt, seit über 10 Jahren. In seinem Gehirn sind vier Forschungs-Elektrodenarrays der Firma Blackrock Neurotech implantiert.)

„Wir haben mit Rodney viele Fehlversuche unternommen und verschiedene Funktionen getestet, um die erste Kernanwendung zu bestimmen und darum herum das erste Produkt und die klinischen Tests zu entwickeln“, sagt Tom Oxley, Gründer und CEO von Synchron. „Er hat bei den Tests neuer Decoder, Interaktionsmethoden und Anwendungsintegrationen eine Schlüsselrolle gespielt.“

Das erste Produkt von Synchron heißt Stentrode (ein Gefäßstützelektroden). Es ist ein feines Netzrohr, das in eine Blutbahn in der Nähe des Gehirns platziert wird, um Nervensignale zu sammeln. Es wird über die Halsvene unterhalb des Halses implantiert und wandert entlang der Blutbahn bis zur motorischen Großhirnrinde, dem Bereich, der die willkürlichen Bewegungen steuert.

Die Ärzte implantieren in die Brusthöhle des Patienten eine Signalerfassungseinheit, die die Gehirnsignale empfängt und an einen externen Empfänger überträgt. Das Unternehmen bereitet sich auf größere, entscheidende klinische Tests vor, um die Genehmigung der Aufsichtsbehörden zu erhalten. Sie kommunizieren mit der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA), um die klinischen Endpunkte des Tests zu bestimmen, also die quantifizierbaren Indikatoren, die zur Beurteilung der Sicherheit und Wirksamkeit des Geräts verwendet werden.

Die Bewertung der Wirksamkeit von Brain-Computer-Interfaces ist viel komplexer als die von herkömmlichen Medikamenten oder Geräten zur direkten Krankheitsbehandlung. Dies ist auch das Problem, das das gesamte Feld derzeit zu lösen versucht. Brain-Computer-Interfaces nutzen Decodieralgorithmen, um die Gehirnaktivität in Aktionen umzuwandeln, die der Benutzer ausführen möchte.

Beispielsweise kann man mit der Vorstellung, die Faust zu ballen oder auf die Zehenspitzen zu gehen, einen Mausklick auf dem Computerbildschirm ausführen.

Paralysierte Menschen können die Bewegungen des Faustballens oder Zehenspitzengangs nicht tatsächlich ausführen, aber wenn sie versuchen, tun dies, senden die Gehirnneuronen dennoch einzigartige Signale. Der Decoder muss in der Lage sein, diese ursprünglichen Nervensignale stabil zu erkennen, damit das Brain-Computer-Interface tatsächlich nutzbar wird.

Rodney Gorham, der seit fünf Jahren das Synchron Stentrode implantiert hat, und sein Hund Piper in seinem Haus in Melbourne, Australien.

Oxley sagt, dass Gorham zunächst nur mit der Kraft des Geistes einen einzelnen Klick ausführen konnte. Später konnte er dann mehrere Klicks machen und schließlich auch die Schiebebewegung steuern, wie beim Regulieren eines Lautstärkereglers. Jetzt kann er den Computercursor steuern und ihn in zwei Dimensionen, also auf einer Ebene nach oben, unten, links und rechts bewegen.

In den letzten Jahren hat Gorham versucht, verschiedene Geräte mit dem implantierten Gerät zu steuern. Zafar Faraz, der klinische Ingenieur vor Ort bei Synchron, sagt, dass Gorham direkt zur Entwicklung der neuen Hilfsfunktion Switch Control von Apple letzten Jahr beigetragen hat. Diese Funktion ermöglicht es Benutzern von Brain-Computer-Interfaces, iPhone, iPad und Vision Pro mit der Kraft des Geistes zu steuern.

In einem Video, das auf der NVIDIA-Konferenz in San José, Kalifornien, letzten Jahr gezeigt wurde, zeigte Gorham, wie er mit der Kraft des Geistes Geräte in seinem Haus steuert: Musik auf einem intelligenten Lautsprecher abspielen, einen Ventilator einschalten, das Licht regulieren, einen automatischen Futtergeber starten und einen Staubsaugerroboter betreiben. All dies geschah in seinem Haus in Melbourne.

„Rodney hat ständig die Grenzen dieser Technologie erweitert“, sagt Faraz. Als klinischer Ingenieur vor Ort besucht Faraz Gorham zweimal die Woche und leitet ihn bei der Nutzung des Brain-Computer-Interfaces an. Seine Aufgabe ist es, die Leistung des Geräts zu überwachen, Störungen zu beheben und gleichzeitig herauszufinden, was Gorham mit dem Gerät tun kann und was nicht.

Genau auf diesen Daten basiert Synchron, um die Stabilität und Benutzerfreundlichkeit des Systems ständig zu verbessern.

In den Jahren der Zusammenarbeit mit Gorham haben die beiden viele Experimente durchgeführt, um die Möglichkeiten des Geräts zu erkunden. Einmal hat Faraz Gorham dazu gebracht, zwei iPads gleichzeitig zu benutzen, um ein Spiel zu spielen und auf dem anderen iPad Musik zu hören. Ein anderes Mal hat Gorham ein Computerspiel gespielt, bei dem er Würfel von einem Regal greifen musste. Dieses Spiel war direkt mit einem echten Roboterarm an der Universität von Melbourne verbunden, der etwa 6 Meilen von Gorhams Haus entfernt war, und er konnte den Roboterarm aus der Ferne im Labor bewegen, um echte Würfel zu verschieben.

Caroline, Gorhams Frau, sagt, dass ihr Ehemann vor der Diagnose der Amyotrophen Lateralsklerose im Jahr 2016 ein Softwareverkäufer bei IBM war. Er genießt es sehr, in der Entwicklung dieser Technologie eine so wichtige Rolle zu spielen. „Das passt perfekt zu seinen Lebensfähigkeiten“, sagt sie. „Er hat 30 Jahre in der IT-Branche gearbeitet, mit Kunden kommuniziert, ihre Bedürfnisse an die Software verstanden und dann die Techniker beauftragt, die Software zu entwickeln. Jetzt ist die Rolle umgekehrt.“

Nach jedem Test mit Faraz hat Gorham breit gelächelt. Durch die Hausbesuche hat das Synchron-Team erkannt, dass das System verbessert werden muss. Derzeit muss der Benutzer einen Draht mit einer Signalplatte auf der Brust tragen. Die Signalplatte empfängt die Gehirnsignale aus der Brusthöhle und überträgt sie über den Draht an ein externes Gerät, wo sie in Befehle umgewandelt werden.

In der zweiten Generation des Systems wird Synchron diesen Draht komplett entfernen. „Wir haben festgestellt, dass es Probleme gibt, wenn die tragbare Komponente eine komplexe Kommunikationsschicht hat“, sagt Oxley. „Für Menschen mit Behinderungen müssen andere Personen die tragbaren Geräte einstellen, um sicherzustellen, dass die Verbindung funktioniert. Dies ist eine wichtige Lektion, die wir gelernt haben.“

Wenn Patienten das Brain-Computer-Interface langfristig nutzen sollen, muss es von Pflegepersonen zu Hause einfach installiert und bedient werden können.

In den Jahren seiner Teilnahme am Synchron-Experiment hat Gorhams Krankheit sich langsam verschlimmert. Die Nutzung des implantierten Geräts erfordert eine hohe Konzentration, und er wird jetzt schnell müde.

Früher konnte er noch Interviews per WhatsApp geben, aber jetzt hat er Schwierigkeiten, lange zu tippen.

(Dieser Bericht basiert hauptsächlich auf Interviews mit seiner Frau Caroline, dem Ingenieur vor Ort Faraz und dem CEO Oxley.)

Dies wirft für Synchron und andere Unternehmen wichtige Fragen auf: Wie praktisch sind diese Geräte für Menschen mit neurodegenerativen Krankheiten? Können die Patienten sie weiterhin nutzen, wenn sich ihre Krankheit verschlimmert? Wird die Krankenversicherung diese teuren Geräte, die eine Operation erfordern und möglicherweise eine begrenzte Lebensdauer haben, decken?

Die durchschnittliche Lebenserwartung nach der Diagnose der Amyotrophen Lateralsklerose beträgt 3 bis 5 Jahre, aber viele Menschen leben länger. Seit der ersten Operation von Synchron im Jahr 2019 sind einige Teilnehmer aufgrund des natürlichen Fortschritts ihrer Krankheit verstorben. Menschen mit Behinderungen, deren Krankheit relativ stabil ist, wie z. B. Personen mit Rückenmarksverletzungen, können möglicherweise ihr ganzes Leben lang ein Brain-Computer-Interface nutzen.

Allerdings führt die tägliche, langfristige Bedienung des Geräts immer noch zu geistiger Müdigkeit.

„Meiner Meinung nach“, sagt Caroline, „müssen diese Unternehmen mehr an den menschlichen Faktor denken, denn jeder ist anders.“

Übersetzerin: Teresa