Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle? „Gehirn-Computer-Schnittstelle“? Ein Wortunterschied ermöglicht Querschnittsgelähmten das Gehen

Anfang 2025 schrieb unter der schattenlosen Lampe des Zhongshan-Krankenhauses der Fudan-Universität in Shanghai eine wundersame „Neural-Bypass“-Operation die Geschichte der Medizin neu. Zwei reiskorngroße Elektrodenchips wurden in den Körper eines 34-jährigen Patienten namens Xiaolin implantiert. Seine Beine, die seit zwei Jahren gelähmt waren, „verstanden“ die Befehle des Gehirns und ermöglichten ihm eine „Wiedergeburt“, obwohl ursprünglich angenommen wurde, dass er nie wieder aufstehen könne.

In den darauffolgenden mehr als drei Monaten führte das Forschungsteam der Universität Fudan drei Operationen zur klinischen Konzeptüberprüfung unter Verwendung der Gehirn-Rückenmarks-Schnittstellentechnologie durch, allesamt mit bedeutenden Ergebnissen. Mainstream-Medien wie CCTV Video und People's Daily haben über diesen großen Durchbruch berichtet.

Wie ein Stein, der in einen ruhigen See fällt, sorgten die Ergebnisse in der medizinischen Gemeinschaft weltweit für großes Aufsehen.

Was also ist Brain-Spinal-Interface-Technologie? Worin besteht der Unterschied zu einer Gehirn-Computer-Schnittstelle? Handelt es sich bei dieser Technologie um eine schwarze Technologie oder eine medizinische Revolution?

12 Tage nach der Operation absolviert Xiao Lin unter Anleitung des gemeinsamen Teams ein Rehabilitationstraining (Foto von der offiziellen Website der Fudan-Universität).

Von "unmöglich" zu "möglich", das Dilemma und der Durchbruch der Lähmungsbehandlung

In der medizinischen Fachwelt galten Lähmungen aufgrund einer Rückenmarksverletzung lange Zeit als „unheilbare Krankheit“. Wenn das Rückenmark aufgrund eines Traumas oder einer Krankheit unterbrochen ist, können die Bewegungsbefehle des Gehirns nicht mehr an die Gliedmaßen weitergeleitet werden, und der Patient verliert nach und nach die Kontrolle über seine Muskeln und kann sogar für immer an den Rollstuhl gefesselt sein.

Laut Statistik gibt es in China 3,74 Millionen Patienten mit Rückenmarksverletzungen und jedes Jahr kommen etwa 90.000 neue Patienten mit Rückenmarksverletzungen hinzu. Viele von ihnen waren in ihren besten Jahren und ein Unfall veränderte den Verlauf ihres Lebens völlig.

Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei der Brain-Spinal-Interface-Technologie um das Einpflanzen winziger Elektroden durch Ärzte in das Gehirn und das Rückenmark. Diese Elektroden können die Signale des Gehirns erfassen, die auf den Bewegungsdrang hinweisen. Anschließend wird das Signal mithilfe eines ausgeklügelten Algorithmus in eine für das Rückenmark verständliche „Sprache“ übersetzt und anschließend durch elektrische Stimulation an das Rückenmark übertragen. Es ist, als würde man mit einem Schlüssel das „Schloss“ öffnen, das die Bewegung der unteren Gliedmaßen steuert. Dadurch können die Befehle des Gehirns die beschädigten Nerven umgehen und den unteren Gliedmaßen direkt sagen, sie sollen sich „bewegen“, wodurch gelähmte Patienten ihre Gehfähigkeit wiedererlangen können.

Der Schlüssel dieser Technologie liegt in der Genauigkeit und Echtzeitleistung. Die Signale des Gehirns sind wie ein komplexer Ozean elektrischer Wellen und die Technologie der Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle muss die spezifischen Wellenformen, die Bewegungsabsichten in diesem Ozean darstellen, genau erfassen. Dies erfordert nicht nur hochpräzise Elektrodenausrüstung, sondern beruht auch auf leistungsstarken Algorithmen der künstlichen Intelligenz.

Die von einem Forschungsteam der Universität Fudan entwickelte „Drei-in-Eins“-Gehirn-Rückenmarks-Schnittstellentechnologie ist insofern einzigartig, als sie drei Technologien vereint: Dekodierung von Gehirnsignalen, Optimierung der elektrischen Stimulation und Rekonstruktion neuronaler Bahnen, um ein effizientes und präzises Behandlungssystem zu bilden. Der Kern liegt in „stabil, genau und schnell“ – das vom Team entwickelte leichte KI-Algorithmusmodell kann wie ein „Superübersetzer“ die motorischen Befehle des Gehirns (wie etwa das Anheben der Beine und das Gehen) schnell in elektrische Stimulationssignale umwandeln und diese an das Rückenmark übertragen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Gliedmaßen des Patienten schnell und genau reagieren und Stürze durch Verzögerungen vermieden werden. Gleichzeitig nutzte das Team eine Simulationscomputerplattform, um menschliche Bewegungen zu simulieren, wirksame elektrische Stimulationsparameter im Voraus zu prüfen, ungültige Parameter zu überspringen und den Patienten am Tag der Operation zu ermöglichen, ihre Beine anzuheben, wodurch die Genesungszeit erheblich verkürzt wurde.

Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle? Gehirn-Computer-Schnittstelle? Seien Sie nicht albern und können den Unterschied nicht erkennen

„Sind Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle und Gehirn-Computer-Schnittstelle dasselbe?“ Diese Frage werden sich viele Menschen stellen, nachdem die Neuigkeiten über die Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark bekannt wurden. Obwohl es sich nur um einen „Wortunterschied“ handelt, besteht zwischen den beiden Wörtern tatsächlich ein wesentlicher Unterschied.

Obwohl sich sowohl die Brain-Computer-Schnittstelle (BCI) als auch die Brain-Spinal-Schnittstelle (BSI) auf Gehirnsignale konzentrieren, sind ihre Ziele und Wege sehr unterschiedlich. Die Gehirn-Computer-Schnittstelle ist eher eine Art „Plug-in“ für das Gehirn. Der Schwerpunkt liegt auf der Interaktion zwischen „Gehirn → externem Gerät“, wodurch Patienten Roboterarme steuern, tippen und sogar Videospiele durch Gedanken spielen können. Zwar werden mit dieser Technologie die Einschränkungen des Körpers geschickt umgangen, die motorischen Fähigkeiten des Patienten können dadurch jedoch nicht direkt wiederhergestellt werden.

Im Gegensatz dazu ist die Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark darauf ausgerichtet, den geschlossenen Kreislauf „Gehirn→Rückenmark→Körper“ wiederherzustellen. Dabei ist man nicht auf externe Geräte angewiesen, sondern aktiviert die körpereigene Muskulatur direkt über Nervensignale. Ziel ist es, den Patienten zu ermöglichen, die Kontrolle über ihre Beine wiederzuerlangen und eine wirklich „autonome Bewegung des Körpers“ zu erreichen.

Aus technisch-logischer Sicht muss die Gehirn-Computer-Schnittstelle Gehirnsignale in mechanische Anweisungen umwandeln, wie etwa „möchte meine Hand heben“ in „hebe den Roboterarm“. Dies beruht auf komplexen Algorithmen und externer Hardware, als ob ein „Umweg“-Kanal zwischen Gehirn und Körper geöffnet worden wäre. Die Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark ist eher eine Möglichkeit, „kaputte Nervenbahnen zu reparieren“. Dabei werden Elektroden implantiert und oberhalb (Gehirn) und unterhalb (Rückenmark) des beschädigten Rückenmarksbereichs eine „Signalrelaisstation“ errichtet, die es Gehirnbefehlen ermöglicht, die Nerven der unteren Extremitäten direkt zu erreichen und so ein natürliches Gehen zu ermöglichen, als würde eine Brücke über den beschädigten Nervenpfad wiederhergestellt.

In Bezug auf Invasivität und Zielgruppe können Gehirn-Computer-Schnittstellen sowohl nicht-invasiv (am Kopf getragene Geräte) als auch invasiv (implantierte Elektroden) sein, und ihre Funktion besteht eher in der Ersetzung oder Verbesserung. Die Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle muss operativ implantiert werden, ihr Vorteil liegt jedoch darin, dass sie die ursprünglichen Funktionen wiederherstellt und sich besser für Patienten mit unvollständigen Rückenmarksverletzungen und nicht-muskulärer Atrophie eignet.

Um es in einem Satz zusammenzufassen: Die Gehirn-Computer-Schnittstelle ist ein „Dialog zwischen Mensch und Maschine“, der die Grenzen der Fähigkeiten erweitert. Die Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark ist ein „Dialog zwischen dem Menschen und seinem eigenen Körper“, der die Lebensinstinkte wiederherstellt.

Wird es in Zukunft eine Zusammenführung beider Systeme geben? Absolut möglich! Verwenden Sie beispielsweise BCI, um ein Exoskelett zu steuern und so das Gehen zu unterstützen, während Sie BSI verwenden, um die eigenen Muskeln zu aktivieren und so eine doppelte Rehabilitation zu erreichen.

Xiaolins erste Nachuntersuchung nach der Operation (Foto von der offiziellen Website der Fudan-Universität)

Von der „Signalübertragungsstation“ bis zum „Verlassen des Floßes und Landen“ ist die Zukunft der Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle vielversprechend

Durch einen minimalinvasiven Eingriff von etwa vier Stunden, bei dem zwei Elektrodenchips mit einem Durchmesser von nur etwa 1 mm präzise per Epiduralanästhesie in Kobayashis motorischen Gehirnbereich und sein Rückenmark implantiert wurden, geschah in aller Stille ein Wunder des Lebens.

Am ersten Tag nach der Operation begann die jahrelang ruhende rechte Beinmuskulatur leicht zu zittern; am dritten Tag steuerten die Befehle des Gehirns zum ersten Mal die synchrone Bewegung beider unteren Gliedmaßen; am zehnten Tag war der Patient in der Lage, Schritt und Gang beider Unterschenkel selbstständig zu kontrollieren; Am 49. Tag konnte Xiaolin mithilfe eines gefederten Gehwagens selbstständig gehen. Hinter dieser Reihe scheinbar unglaublicher Fortschritte steht die Beharrlichkeit chinesischer Wissenschaftler über ein Jahrzehnt hinweg, die einen neuen Weg für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen eröffnet hat.

Noch spannender ist, dass das Team der Fudan-Universität auch die Wirkung der Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle auf die neuronale Umgestaltung bei den Probanden beobachtete – bei Xiaolin zeigten sich weniger als zwei Wochen nach der Operation neuronale Umgestaltungseffekte.

„Wenn die Gehirn-Rückenmarks-Schnittstelle implantiert wird und anschließend drei bis fünf Jahre Rehabilitationstraining absolviert werden, können die Nerven des Patienten voraussichtlich wieder verbunden und neu geformt werden. Und irgendwann können wir das Gerät vielleicht ganz loswerden, anstatt lebenslang darauf angewiesen zu sein.“ Die Forscher sind davon überzeugt, dass „das Verlassen des Floßes und die Landung am Ufer die beste Technologie für eine Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle ist.“

Beobachten Sie weiter, um den Mechanismus hinter seiner Umgestaltung zu verstehen. Bis zu den Gehirn-Rückenmarks-Schnittstellen mag es noch ein weiter Weg sein, aber die Zukunft ist vielversprechend.