Sehprothesen

Chip-Implantat erzeugt Bilder direkt im Gehirn

Robert Klatt

Wissenschaftler haben Affen einen Chip implantiert, der über den visuellen Cortex Bilder im Gehirn erzeugt. In Zukunft könnte die Technologie Blinden wieder einfaches Sehen ermöglichen.

Amsterdam (Niederlande). Wissenschaftler der Harvard Medical School (HMS) haben kürzlich gezeigt, dass es möglich ist einer blinden Maus über die Reprogrammierung von Nervenzellen ihre Sehfähigkeit wiederzugeben. Nun haben Forscher des Netherlands Institute for Neuroscience (NIN) eine weitere Behandlungsmethode vorgestellt, die in Zukunft Blinden ihren Sehsinn zumindest teilweise zurückgeben könnte.

Laut der im Fachmagazin Science publizierten Studie hat das Team um Pieter R. Roelfsema dabei mithilfe einer gezielten Stimulierung des Gehirns eine visuelle Wahrnehmung von konkreten Mustern ausgelöst. Die Wissenschaftler nutzten dafür sogenannte Phosphene. Dies sind visuelle Wahrnehmungen, die beim Mensch ohne äußere Lichtreize ausgelöst werden können, zum Beispiel durch Vorgänge im Gehirn oder einen äußeren Druck auf das Auge.

Chip mit 1024 Elektroden erzeugt Pixelmatrix

Das Grundprinzip, blinden Menschen durch die Erzeugung von Phosphenen ihre Sehsinn wiederzugeben, wird in der Forschung bereits seit mehreren Jahrzehnten untersucht. Bisher ist es dabei aber nur gelungen einzelne Lichtpunkte sichtbar zu machen. Beim Experiment des NIN wurde hingegen ein Chip mit 1024 Elektroden benutzt, der eine komplexe Pixelmatrix mit erkennbaren Mustern wie zu Beispiel Buchstaben erzeugt.

Chip-Implantat mit Affen erprobt

Um den Chip auszuprobieren, wurde dieser in den visuellen Cortex zweiter Makaken implantiert. Ein Großteil der Elektroden wurden dabei mit dem primären visuellen Cortex V1 verbunden. Diese Region des Gehirns verarbeitet die vom Sehnerv übertragenen Informationen. Einige Elektroden wurden überdies mit dem visuellen Cortex V4 verknüpft, um zu erfassen, welche Effekte die Stimulierung in höheren Hirnregionen auslöst. Die Forscher konnten den Chip dadurch so einstellen, dass die Stromstöße einzelne Nervenzellen aktivieren, ohne dabei auch benachbarte Nervenzellen anzusprechen.

Vor der Operation wurden die Affen darauf trainiert, bei bestimmten visuellen Reizen wie Buchstaben oder sich bewegenden Punkten mit Augenbewegungen zu reagieren. In dem Experiment zeigten die Tiere dieses Verhalten auch dann, wenn die Reize nicht durch die Augen erfasst wurden, sondern lediglich durch die Stimulation des Gehirns ausgelöst wurden.

Reize mit LED-Anzeigetafel vergleichbar

Laut Roelfsema sind die durch das Chip-Implantat erzeugten Bilder vergleichbar mit einer LED-Anzeige, die einfache Symbole und kurze Texte darstellt. Wie Roelfsema erklärt, „ist die Anzahl der Elektroden, die wir im visuellen Cortex implantiert haben, und die Zahl der künstlichen Pixel, die wir erzeugen können, um hoch aufgelöste künstliche Bilder zu produzieren, beispiellos.“

In Zukunft könnte die Technologie laut Erstautorin Xing Chen „genutzt werden, um blinden Menschen, deren Netzhaut, Auge oder Sehnerv geschädigt wurde, wieder einfaches Sehen zu ermöglichen, sofern deren visueller Cortex noch intakt ist.“

Sehprothese setzt neue Maßstäbe

In einem Begleitkommentar erklären Michael S. Beauchamp und Daniel Yoshor von der University of Pennsylvania, dass der Chip im primären visuellen Cortex V1 lediglich einfache Lichtinformationen erzeugen kann. Farben und komplexe Muster können hingegen erst in höheren Hirnregionen ausgelöst werden. Die Wissenschaftler sind deshalb der Ansicht, dass eine parallele Stimulierung von V1 und V4 möglicherweise ein natürliches Sehen ermöglichen könnte. Sie schreiben daher: „Chen et. al. haben für solche Prothesen neue Maßstäbe gesetzt, indem sie gezeigt haben, dass 1000 Elektroden für die Wahrnehmung von Buchstaben, Orientierungen und Bewegungen ausreichen. Fortschritte bei drahtloser Stimulation, der Herstellung hoch verdichteter Elektroden und Stimulationsalgorithmen nähren die Hoffnung, dass neue Geräte blinden Menschen nützliche visuelle Funktionen bieten können.“

Science, doi: 10.1126/science.abd7435

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