Gehirnimplantat-Technologie: Chancen, Risiken und ethische Bedenken

Die Gehirnimplantat-Technologie, auch bekannt als Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI), hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und sowohl in der wissenschaftlichen als auch in der öffentlichen Diskussion große Aufmerksamkeit erregt. Insbesondere das von Elon Musk gegründete Unternehmen Neuralink hat mit seinen ambitionierten Zielen und spektakulären Ankündigungen für Aufsehen gesorgt. Dieser Artikel beleuchtet die Technologie hinter Gehirnimplantaten, ihre potenziellen Anwendungen, die damit verbundenen Risiken und ethischen Bedenken sowie die aktuelle Forschungslage.

Einführung in die Gehirn-Computer-Schnittstellen

Eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (englisch: brain-computer interface, BCI) ist eine Technologie, die eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und einem externen Gerät ermöglicht. Dabei werden neuronale Impulse, wie sie etwa bei der Bewegungsplanung und -steuerung entstehen, erfasst und in Steuerungssignale für Computer oder andere Geräte umgewandelt. Das Herzstück von Neuralinks Technologie ist ein winziger Chip, der als Gehirn-Computer-Schnittstelle fungiert.

Neuralink: Ein Pionierunternehmen im Bereich der Gehirnimplantate

Elon Musk hat sich für seine Gehirnchip-Firma Neuralink weitere 650 Millionen Dollar besorgt. Das bringt den Milliardär seinem Ziel, einer Symbiose von Mensch und KI, wieder ein Stück näher. Das Unternehmen wurde 2016 gegründet, um Möglichkeiten zur Vernetzung des menschlichen Gehirns mit Maschinen zu untersuchen. Neuralink baut dabei auf dem Konzept der tiefen Hirnstimulation auf. Die Erlaubnis, das entwickelte Implantat zu Forschungszwecken in einer klinischen Studie Menschen einzusetzen, erhielt Neuralink im Mai 2023. Einen ersten Antrag für eine klinische Studie am Menschen hatte die FDA Anfang 2022 aufgrund von Sicherheitsbedenken noch abgelehnt. Davor war die Technik an Tieren getestet worden.

Funktionsweise des Neuralink-Chips

Der Chip von Neuralink wird mithilfe eines Roboters operativ in das Gehirn eingesetzt. Er ist ungefähr so groß wie eine Ein-Euro-Münze, verfügt über 1024 Elektroden und wird von einer kabellos aufladbaren Lithiumbatterie betrieben. Die gemessenen elektrophysiologischen Muster stellen dabei ein Abbild der Gedanken dar. Aus diesen Mustern generiert das Implantat konkrete Befehle, die es an Endgeräte wie beispielsweise Smartphones sendet. Der Chip könnte so die Verbindung zwischen Gedanken und körperlichen Reaktionen überwachen oder sogar beeinflussen.

Erste Ergebnisse und Anwendungen

Im vergangenen November erhielt auch der US-Amerikaner Bradford G. Smith ein Neuralink-Implantat, wie er im vergangenen Monat auf X mitteilte: "Ich bin der dritte Mensch weltweit, der das Neuralink-Hirnimplantat erhalten hat. Der erste mit ALS. Der erste, der nicht sprechen kann. Ich tippe dies mit meinem Gehirn. Es ist meine primäre Kommunikationsform", schrieb Smith unter seinem Nutzernamen "ALScyborg". Der Patient erhole sich nach dem Eingriff am Sonntag gut, schrieb Elon Musk am Montag auf seiner Online-Plattform X, nachdem seine Medizintechnik-Firma Neuralink ihr Gehirn-Implantat zum ersten Mal einem Menschen eingesetzt hatte. Das Implantat von Neuralink soll es ermöglichen, durch Gedanken ein Smartphone zu bedienen - und darüber auch andere Technik.

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Gelingt das, könnten auf diese Weise zum Beispiel Gelähmte durch ihre Gedanken ein Exoskelett steuern oder Menschen mit Locked-in-Syndrom mit ihrer Außenwelt kommunizieren. Laut Gallego wurde die Technologie zunächst entwickelt, um die Kommunikation bei Menschen mit Wirbelsäulenverletzungen oder Erkrankungen wie dem Locked-in-Syndrom zu helfen.

Weitere Forschungsansätze und Entwicklungen

Die Verbindung des menschlichen Gehirns mit einem Computer ist normalerweise nur in der Science-Fiction zu sehen. Ein internationales Forschungsteam um Freigeist-Fellow Prof. Dr. Freigeist-Fellow Ivan Minev erforscht in seinem Projekt "Electronic tissue technology for spinal cord repair" bioelektronische Implantate, die der Reparatur von beschädigtem Gewebe dienen sollen - etwa bei verletzten Organen oder Nerven. Mit einer Forschungsgruppe, an der auch Wissenschaftler der St. Petersburg State University in Russland beteiligt waren, entwarf Minev nun einen Prototyp eines neuronalen Implantats, das zur Entwicklung von Behandlungsmethoden bei Schädigungen des Nervensystems eingesetzt werden könnte. Das Nervenimplantat diente der Stimulation des Rückenmarks von Tiermodellen mit Rückenmarksverletzungen und könnte nun zur Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für menschliche Patienten mit Lähmungen eingesetzt werden.

3D-Druck von Implantaten

Das Team um Minev konnte zeigen, dass Prototypen von Implantaten mit Hilfe von 3D-Druck schneller und kostengünstiger hergestellt werden können, was Forschung und Entwicklung in diesem Bereich beschleunigt. Die Implantate können so zudem leicht an bestimmte Bereiche oder für spezifische Probleme innerhalb des Nervensystems angepasst werden. Mit der neuen Technik kann ein Neurowissenschaftler einen Entwurf in Auftrag geben, aus dem das Ingenieurteam ein Computermodell erstellt, das die Anweisungen an den Drucker weiterleitet. Der Drucker trägt dann eine Palette biokompatibler, mechanisch weicher Materialien auf, um den Entwurf zu realisieren. Die Forschenden haben gezeigt, dass 3D-Drucker Implantate herstellen können, die mit Gehirn und Nerven kommunizieren können.

Minimalinvasive Ansätze

Die Firma Precision Neuroscience will ihr Implantat mit ebenfalls 1024 Elektroden auf einem Film über einen sehr feinen Schnitt im Schädel minimalinvasiv am Gehirn anbringen. Für vielversprechender als den Ansatz von Neuralink hält Rupp dabei aktuell weniger hochinvasive Elektrodensysteme, bei denen die Hirnaktivität über ein Implantat unterhalb der Schädeldecke, aber nicht tief im Gehirn abgelesen wird.

Chancen und Potenziale der Gehirnimplantat-Technologie

Die Gehirnimplantat-Technologie birgt ein enormes Potenzial für verschiedene Anwendungen im medizinischen Bereich und darüber hinaus.

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Medizinische Anwendungen

• Wiederherstellung verlorener Funktionen: Gelähmten wieder Bewegungen zu ermöglichen, ist ein alter Traum der Medizin. Und es gibt Ansätze, sie direkt über Gehirnströme zu steuern. Mit diesem Gehirnchip ist Anfang des Jahres die US-amerikanische Firma Neuralink des Unternehmers Elon Musk an die Öffentlichkeit gegangen. Die Technologie kann dazu beitragen, neurologische Beeinträchtigungen wie Querschnittslähmungen, chronische Schmerzen, Parkinson oder Epilepsie zu behandeln. Die Implantate können Bewegungsfähigkeit wiederherstellen, Schmerzen lindern oder sensorische Funktionen verbessern.
• Kommunikation für Menschen mit Locked-in-Syndrom: Gelingt das, könnten auf diese Weise zum Beispiel Gelähmte durch ihre Gedanken ein Exoskelett steuern oder Menschen mit Locked-in-Syndrom mit ihrer Außenwelt kommunizieren.
• Rehabilitation nach Schlaganfall: An der Berliner Charité erforscht Surjo Soekadar die Steuerung von Exoskeletten über Gehirnimpulse, die von außen durch die Schädeldecke abgeleitet werden. Der Beweis, dass Gehirn-Computer-Schnittstellen in der Rehabilitation wirksam sind, ist erbracht. Aber dennoch kommen sie in der Klinik noch nicht zum Einsatz.

Erweiterung menschlicher Fähigkeiten

• Verbesserung der kognitiven Leistungsfähigkeit: Musk verbindet den Gehirnchip jedoch auch mit anderen Ambitionen, die an Science-Fiction denken lassen. Neben der Behandlung von gesundheitlichen Problemen will Musk das Gehirn mit Computern verbinden, um an Informationen und Erinnerungen aus den Tiefen des Gehirns zu gelangen. Der Unternehmer Musk sprach aber auch davon, Menschen mit "Supervision" auszustatten und menschliche Telepathie zu ermöglichen.
• Direkter Zugriff auf Informationen: So können die Menschen in Echtzeit auf Informationen aus dem Internet zugreifen, neue Fähigkeiten "downloaden" oder sogar mit anderen Gehirnen zu kommunizieren.

Risiken und ethische Bedenken

Trotz des großen Potenzials der Gehirnimplantat-Technologie sind mit ihrer Entwicklung und Anwendung auch erhebliche Risiken und ethische Bedenken verbunden.

Medizinische Risiken

• Invasive Eingriffe: Der große Nachteil des Verfahrens aus Sicht des Neuroinformatikers: „Man ist im Gehirn drin.“ Das berge immer das Risiko von Infektionen, zudem setze sich Hirngewebe wie jedes andere zur Wehr, etwa mit Abkapselungsreaktionen.
• Komplikationen nach der Implantation: Etwa einen Monat nach der Implantation stellte der Patient allerdings fest, dass die Präzision der Cursorsteuerung nachließ und sich die Zeit zwischen seinen Gedanken und den Computeraktionen verzögerte.

Ethische Bedenken

• Datenschutz und Sicherheit: Eine direkte Verbindung zwischen Gehirn und digitalen Systemen wirft zudem völlig neue Datenschutzrisiken auf: Wer hat Zugriff auf die Daten aus dem Gehirn? Können diese Schnittstellen gehackt oder manipuliert werden? Klassische Datenschutzgesetze wie die DSGVO in Europa versagen hier, denn sie sind nicht auf Gehirn-Computer-Schnittstellen ausgelegt. Noch fehlen klare Vorschriften, wer Daten aus dem Gehirn speichern, verarbeiten oder verkaufen darf.
• Eingriff in die Persönlichkeit: Da sie eine Schnittstelle zum menschlichen Nervensystem bilden, wirken sie aber auch auf psychischer Ebene: „Sie können Bewusstsein, Kognition und affektive Zustände und sogar den freien Willen beeinflussen. Somit sind herkömmliche Ansätze zur Sicherheits- und Wirksamkeitsbewertung, wie sie etwa in klinischen Medikamentenstudien gelten, für die Erforschung dieser komplexen Systeme nicht geeignet. Es braucht neue Modelle, um auch die subjektive Patientenerfahrungen umfassend zu bewerten und die psychische Privatsphäre der Probanden zu schützen“, gibt Raspopovic zu bedenken.
• Soziale Ungleichheit: Der Gedanke, dass Querschnittsgelähmte wie Noland Arbaugh am Ende nur Versuchskaninchen für Tech-Eliten auf der Suche nach Superkräften sind, ist schwer zu ertragen. Wenn solche Investitionen Monopole schaffen, könnten tausende Patienten von Neuralinks Erfolg abhängen.

Regulatorische Herausforderungen

• Fehlende Gesetze und Richtlinien: Klassische Datenschutzgesetze wie die DSGVO in Europa versagen hier, denn sie sind nicht auf Gehirn-Computer-Schnittstellen ausgelegt. Noch fehlen klare Vorschriften, wer Daten aus dem Gehirn speichern, verarbeiten oder verkaufen darf.
• Transparenz und Kontrolle: Stieglitz kritisiert zudem die mangelnde Transparenz:Was wir über Neuralink wissen, stammt oft nur aus Standbildern von YouTube-Videos.

Aktuelle Forschungslage und Ausblick

Die Gehirnimplantat-Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, aber die Fortschritte der letzten Jahre sind vielversprechend.

Fortschritte in der Technologie

• Verbesserte Materialien und Designs: Das Team um Minev konnte zeigen, dass Prototypen von Implantaten mit Hilfe von 3D-Druck schneller und kostengünstiger hergestellt werden können, was Forschung und Entwicklung in diesem Bereich beschleunigt.
• Verfeinerte Algorithmen zur Signalverarbeitung: Die gemessenen elektrophysiologischen Muster stellen dabei ein Abbild der Gedanken dar. Aus diesen Mustern generiert das Implantat konkrete Befehle, die es an Endgeräte wie beispielsweise Smartphones sendet.

Klinische Studien und Anwendungen

• Erste Erfolge bei der Wiederherstellung von Funktionen: In der akademischen Forschung geht es darum, bei einzelnen Patienten zu zeigen, was möglich ist. An der Universitätsklinik von Lausanne in der Schweiz wurde schon im letzten Jahr erstmals ein Gehirnchip implantiert, der einem Querschnitt-Gelähmten zumindest ansatzweise wieder Gehen ermöglicht.
• Einsatz in der Rehabilitation: An der Berliner Charité erforscht Surjo Soekadar die Steuerung von Exoskeletten über Gehirnimpulse, die von außen durch die Schädeldecke abgeleitet werden.

Zukünftige Entwicklungen

• Weitere Miniaturisierung und Integration: Die Patienten haben unterschiedliche anatomische Gegebenheiten, und das Implantat muss an diese und ihre besonderen klinischen Bedürfnisse angepasst werden. Vielleicht wird das Implantat in Zukunft direkt im Operationssaal bedruckt werden, während der Patient auf die Operation vorbereitet wird", so Minev weiter.
• Entwicklung nicht-invasiver oder minimalinvasiver Ansätze: Für vielversprechender als den Ansatz von Neuralink hält Rupp dabei aktuell weniger hochinvasive Elektrodensysteme, bei denen die Hirnaktivität über ein Implantat unterhalb der Schädeldecke, aber nicht tief im Gehirn abgelesen wird.
• Ethische und regulatorische Rahmenbedingungen: Doch Fragen der ethischen und wissenschaftlichen Sorgfalt im Umgang mit dieser höchst sensiblen Thematik sollten jetzt geklärt werden und nicht erst, nachdem Probleme bei Probanden bzw.

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