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Wie Gehirn-Computer-Schnittstellen Schlaganfallpatienten helfen

Das Sehvermögen ist eingeschränkt, das Artikulieren fällt schwer und ein Arm fühlt sich taub an – die Vorboten für einen Schlaganfall können unterschiedlich ausfallen. Erleidet eine Person einen Schlaganfall, ist ihre linke oder rechte Gehirnhälfte beeinträchtigt, sodass sie die entsprechende Körperhälfte nicht mehr kontrollieren kann.

Während sich ein Drittel der Patient*innen zwar wieder vollständig von einem Schlaganfall erholt, leidet ein weiteres Drittel hingegen dauerhaft an den Folgeschäden. Neben Bewegungseinschränkungen von Händen, Armen und Beinen können einige Patienten auch halbseitig gelähmt bleiben. 

Hand- und Fußtherapie

Neben einer klassischen Physio- oder Ergotherapie verspricht  die innovative computerbasierte Behandlung namens „recoveriX“ deutliche Verbesserungen der motorischen Leistungsfähigkeit – auch bei gelähmten Patient*innen. Es handelt sich um eine Hand- und Fußtherapie, die per Brain-Computer-Interface (BCI) – also einer Gehirn-Computer-Schnittstelle – die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn verändert, wie der Forscher Christoph Guger, Gründer des Technologieunternehmens g.tec der futurezone erklärt. „Wir trainieren die Neuroplastizität.“

Die Therapie vereint dabei drei Standardtherapien für Schlaganfallpatient*innen in eine: die Spiegelneurontherapie, die  funktionelle Elektrodenstimulation und motorische Vorstellungen. Gleichzeitig wird die Motorik mit kognitiven Prozessen gekoppelt – trainiert werden  also nicht nur die Grob- und Feinmotorik, sondern auch Gedächtnis und Konzentration.

Bei dieser Therapie leitet ein auf dem Computerbildschirm angezeigter Avatar den Patienten an, sich eine Hand- oder Fußbewegung vorzustellen. „Der Patient stellt sich diese Bewegung vor und das BCI erkennt im Gehirn diesen kognitiven Vorgang", illustriert Sarah Breinbauer. Daraufhin werde in Echtzeit eine Elektrostimulation des Muskels der linken beziehungsweise rechten Hand oder des Fußes ausgelöst – die Extremität bewegt sich. 

Signifikante Besserung nach 25 Sitzungen

Unter anderem sei es laut Christoph Guger wesentlich, die Spastik – eine krankhaft starke Muskelspannung – zu lösen, damit das Gehirn Hand und Fuß wieder besser ansteuern kann. Klinische Studien haben gezeigt, dass die computerbasierte Behandlung nicht nur zu einer Verminderung, sondern sogar zu einer Beseitigung von Spastik, aber auch von Schmerzen und Tremor (zitternde Bewegungen) in Händen und Füßen führen kann. Generell werden nach 25 Sitzungen auch die Hand- und Fußfunktionen signifikant verbessert. 

Zu welchem Zeitpunkt die Therapie gestartet wird, sei unwesentlich. Guger zufolge könne sie in der akuten Phase, also direkt nach dem Schlaganfall im Krankenhaus, danach im Reha-Zentrum oder auch später zur Anwendung kommen. „Das Gute ist, dass die Therapie auch 10, 20 oder 30 Jahre nach dem Schlaganfall Verbesserungen bringt. Man versäumt also nichts“, sagt er.

Genauigkeit messen

Im Schnitt hatten die Studienteilnehmer*innen 3,8 Jahre davor einen Schlaganfall. Eine Verbesserung sei bei fast allen feststellbar. Lediglich bei zwei Patienten war dies laut Breinbauer nicht der Fall. Einer der beiden erlitt während der zwei Monate, in denen die Therapie nicht stattfand, einen zweiten Schlaganfall – der andere Patient nahm hingegen nicht aktiv an der Behandlung teil.

„Das System erlaubt uns zu messen, ob der Patient die Therapie richtig durchführt. Wir erhalten einen Genauigkeitswert von null bis 100 Prozent. Erreicht ein Patient mehr als 80 Prozent, wissen wir, dass er sich mehr verbessern wird als jemand, der unter 80 Prozent bleibt“, sagt Breinbauer. Beläuft sich die Genauigkeit auf unter 62 Prozent, sei hingegen ersichtlich, dass der oder die Patient*in nicht aktiv an der Therapie teilnimmt. In diesem Fall würden Patient*innen ein entsprechendes Coaching erhalten.  

Forschung bei Parkinson

Mit der Entwicklung des Systems hat das Team rund um Guger 2016 begonnen. In den ersten vier Jahren wurde laut Breinbauer die erste klinische Prüfung abgeschlossen. Im Rahmen dieser konnte aufgezeigt werden, dass recoveriX zur Behandlung der oberen Extremitäten geeignet ist. In der Folge wurde zwei Jahre lang auch die Behandlung der Beine und Füße getestet. „Wir konnten ebenfalls zeigen, dass die Patienten nach 25 Behandlungen viel besser gehen,“  sagt sie.

In Österreich ist das System in einigen Bundesländern bereits verfügbar – seit wenigen Wochen auch in Wien. Davon profitieren könnten künftig aber nicht nur Schlaganfall-Patient*innen – laut Guger sei das System generell für jede neurologische Erkrankung interessant. 

„Wenn der Tremor bei einem Schlaganfall-Patienten nachlässt, ist das auch bei Parkinson interessant“, sagt Guger. Und da auch Gedächtnis und Konzentration trainiert werden, könnte recoveriX künftig auch bei Alzheimer zum Einsatz kommen. Klinische Studien dazu sollen bald folgen.

Künstliche Intelligenz „riecht“ Parkinson

Eine Parkinson-Erkrankung kann mit unterschiedlichen Symptomen einhergehen, etwa einer Bewegungsverlangsamung, einem ständigen Spannungszustand der gesamten Muskulatur oder einer zitternden Bewegung im Ruhezustand. 
Laut aktuellerer Forschung weisen Parkinson-Patient*innen auch bestimmte flüchtige organische Verbindungen (VOC) im Talg auf der Hautoberfläche auf.

Um die Konzentration dieser Moleküle bestimmen zu können, haben Forscher*innen der Zhejiang University in China ein auf künstliche Intelligenz basiertes System entwickelt. 

Probenentnahme

Um dieses zu testen, haben die Wissenschafter*innen Talg-Proben von 31 Parkinson-Patient*innen sowie Proben von 32 Personen ohne Parkinson entnommen. Mithilfe einer sogenannten Gaschromatografie – eine gängige Methode zum Trennen von Gemischen in einzelne chemische Verbindungen  – und einem speziellen Sensor wurde eine chemische Analyse der VOC in den Proben durchgeführt.

Die Daten wurden in der Folge in einen Algorithmus gefüttert – dieser kann zwischen erkrankten und gesunden Probanden unterscheiden.

Genauigkeit

Die Forscher*innen haben das System an 12 weiteren Parkinson-Patient*innen und gleich vielen gesunden Menschen getestet. Besonders drei VOC waren bei diesen beiden Testgruppen unterschiedlich – unter anderem die im Schweiß vorkommende Flüssigkeit Ocatanal. Basierend auf diese drei VOC kann die Methode eine Parkinson-Erkrankung mit einer über 70-prozentigen Genauigkeit diagnostizieren. 

Laut den Forscher*innen könnte dieser non-invasive „Riechtest“  unter anderem in Krankenhäusern zum Einsatz kommen. Nicht nur zur Diagnose, sondern auch, um eine Parkinson-Behandlung überwachen zu können. 

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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