Chinesische Wissenschaftler führen erstes klinisches Experiment mit invasiver Brain-Computer-Schnittstelle durch.

Kürzlich gelang es dem China Academy of Sciences Brain Science and Intelligence Technology Excellence Center, die erste prospektive klinische Studie zu einem invasiven Hirn-Computer-Interface (BCI) in China durchzuführen. Dies markiert einen wichtigen Meilenstein, da China damit das zweite Land weltweit ist, das eine solche Technologie in der klinischen Phase testet. Das von der Forschungsgruppe entwickelte und hergestellte neuronale Elektrode ist derzeit die kleinst dimensionsierte und flexibelste Weltweit. Sie hat einen Querschnitt, der nur 1/5 bis 1/7 des Auslandsprodukts beträgt, und weist eine Flexibilität auf, die mehr als hundertfach höher ist, um so den Schaden an Gehirngewebe zu minimieren. Diese ultravorteilhafte neuronale Elektrode verfügt über die Fähigkeit, hohe Dichte, große Fläche, hohen Durchsatz und langfristige stabile intrazerebrale Nervensignale zu erfassen. Sie wurde bereits erfolgreich bei Nagetieren, Affen und Menschen langfristig implantiert und ihre Stabilität überprüft. Dies löst die wesentlichen Engpässe bei implantierbaren BCIs, insbesondere mangelnde Gewebekompatibilität und schmale Kanalbandbreite, auf innovative Weise. Das invasive BCI-System der chinesischen Forschergruppe ist das einzige System im Inland, das eine Registrierungsprüfungsbescheinigung erhalten hat und fähig ist, langfristig stabile Spike-Signale einzelner Neurone zu erfassen, wodurch eine exzellente Grundlage für die Anwendung geschaffen wird. In Bezug auf die Patientenverträglichkeit ist der Implantatdurchmesser nur 26 mm, die Dicke weniger als 6 mm, somit handelt es sich um den kleinsten invasiven Gehirnimplantat der Welt, vergleichbar mit einer Münze. Im Gegensatz zu ausländischen Produkten benötigt dieses System weniger Elektroden zur Erreichung ähnlicher Kontrollniveaus, was das Nutzen-Risiko-Verhältnis für Patienten verbessert. Ein entscheidender Aspekt beim BCI ist die Echtzeit-Onlinedekodierung. Das System muss innerhalb von wenigen Millisekunden den gesamten Prozess von der Merkmalsextraktion der Nervensignale über die Dechiffrierung der Bewegungsabsicht bis hin zur Generierung der Kontrollbefehle abschließen. Die Forscher haben dazu ein autonomes Lernframework entwickelt, das die dynamische Optimierung des Dekoders ermöglicht. Dieser Rahmen nutzt ein parameterspezifisches Anpassungsmechanismus, der die Optimalisierung des Dekoders und die neurale Plastizität abstimmt, um die Grenzen statischer Dekodiermodelle zu überwinden, die Schwierigkeiten haben, die zeitliche Variabilität der Nervensignale anzupassen. In vorherigen Tierversuchen wurde das invasiv BCI-System in die Bewegungscortex von Makaken-Affen implantiert, die für Hand- und Armfunktionen zuständig sind. Das System zeigte eine kontinuierliche stabile Funktionsweise ohne Infektion oder Elektrodenversagen. Nach einer kurzen Trainingsphase konnten die Affen durch reine neuronale Aktivität den Computercursor bewegen und sogar eine Befehlsgesteuerte Texteingabe durchführen. Nach einiger Zeit konnte der Implantat sicher operativ entfernt und an derselben Stelle ein neuer Implantat eingesetzt werden, ohne dass es zu Infektionen oder Elektrodenversagen kam. Die Affen passten sich schnell an das neue System an und konnten den Cursor flüssig steuern. Dies bestätigte die Machbarkeit der Implantat-Upgrade durch eine zweite Operation. Der Testpatient war ein Mann, der durch einen Hochspannungsunfall seine Gliedmaßen verloren hatte. Vor der Operation verwendete das Team funktionelle Magnetresonanztomografie in Verbindung mit Computertomografie, um ein individuelles dreidimensionales Modell des Patienten und eine detaillierte Funktionalkarte der menschlichen Bewegungscortex zu erstellen, um die Präzision der Implantation zu gewährleisten. Der gesamte chirurgische Vorgang wurde auf Millimeter genau durchgeführt, um maximale Sicherheit und Wirksamkeit zu erreichen. Seit dem Implantieren des BCI-Systems im März 2025 läuft es stabil, und es gab in den vergangenen zwei Monaten keine Infektion oder Elektrodenversagen. Innerhalb von 2-3 Wochen Trainings konnte der Patient Schach spielen und Rennspiele steuern, was einem normalen Menschen beim Bedienen einer Computer-Touchpad gleichkommt. Die nächste Phase des Projekts beinhaltet, den Patienten die Nutzung eines Robotersarms zu ermöglichen, um physische Alltagsaktivitäten wie Greifen und Trinken zu vollziehen. Zudem sollen kompliziertere physische Geräte wie Roboterhunde und humanoid intelligente Roboter unter Kontrolle gebracht werden, um die Lebensqualität des Patienten weiter zu erweitern. Langfristig könnte das invasive BCI-System die Lebensbedingungen von Hunderttausenden von Patienten mit Vollständigem Rückenmarktrauma, Doppelter Oberarmamputation und Amyotrophe Lateralsklerose erheblich verbessern. Dieses Meilensteinereignis wird von Fachleuten der Branche als bahnbrechend eingestuft. Es stellt eine wichtige Fortschritt für die BCI-Forschung dar, insbesondere in Bezug auf die Gewebekompatibilität, die Signalstabilität und die chirurgische Verträglichkeit. Das China Academy of Sciences Brain Science and Intelligence Technology Excellence Center ist bekannt für seine führende Rolle in der Hirnforschung und der Entwicklung intelligenter Technologien. Dieses Projekt unterstreicht Chinas Bemühungen, in den Bereichen der Medizin und der Technologie auf internationalem Niveau konkurrenzfähig zu bleiben.