Das Nervensystem, das Ihren Körper kontrolliert und steuert, ist faszinierend aufgebaut, doch manchmal läuft etwas schief. Defekte in unserer DNA können eine Reihe von Störungen hervorrufen. Unfälle, hohes Alter und sogar eine falsche Ernährung können gleichermaßen ein Chaos auslösen. Die pharmazeutische Therapie kann manchmal helfen, aber nicht alle Zustände können behandelt werden. In der Regel ist eine solche Therapie bei einer neurologischen Störung allgemein weniger effektiv als bei anderen Krankheiten.

Eine alternative Behandlung, die die elektronische Stimulation des Nervensystems beinhaltet, wurde über Jahrhunderte praktiziert. Einige der ersten römischen Ärzte haben Zitteraale verwendet, um die Schocktherapie zur Schmerzlinderung einzusetzen. Fast 2000 Jahre später verwenden wir eine ähnliche Technik mit elektronischen Geräten, welche TENS (trans-cutaneous electrical nerve stimulation) genannt wird.

Modernere Behandlungen setzen Neuroprothesen ein, welche direkt mit dem Nervensystem verbunden werden, um verlorengegangene Funktionen zu ersetzen. Dazu gehören Herzschrittmacher und sensorische Prothesen, welche visuelle und auditive Sinne für Blinde und Gehörlose ersetzen. Zukünftige Technologien werden möglicherweise direkt in das autonome Nervensystem eingebunden, um eine Reihe von chronischen Krankheiten wie Diabetes zu behandeln.

Es gibt bereits Herzschrittmacher, die nicht nur elektronische Stimulationen bewirken, sondern auch mit dem autonomen Nervensystem verbunden sind, um unterbewusste Emotionen abzuhören. Closed loop stimulation (CLS) Herzschrittmacher und Defibrillatoren verwenden diese Technik, um das Herz schneller schlagen zu lassen, wenn ein Patient Angst oder Aufregung verspürt. Dies erlaubt ihnen, gruselige Filme zu genießen und aufregende Momente im Leben intensiver wahrzunehmen.

Das Licht sehen

Visuelle Prothesen für Blinde haben noch mehr Potential, das Leben zu verändern. Nach vielen Jahrzehnten der Entwicklung sind die Geräte heute in der Lage, einen Chip im Auge drahtlos mit einer externen Videokamera und Prozessoren zu verbinden. Für Menschen, die unter Retinitis Pigmentosa leiden, eine Krankheit, die ein allmähliches Absterben der lichtsensitiven Retinazellen bewirkt, übertragen diese Geräte visuelle Informationen an die verbleibenden Retinazellen durch elektrische Stimulation. Bis heute kann jedoch nur ein grobes Bild reproduziert werden, dass wie eine Handvoll blitzender Punkte aussieht.

Die neueste Revolution der Neuroprothesen könnte noch viel weiter gehen. Im Gegensatz zu anderen Fortschritten auf diesem Gebiet, die aus der Elektronik entwickelt wurden, kommt diese neue Entwicklung aus der biologischen Forschung. Im Jahr 2003 haben deutsche Wissenschaftler beim Erforschen von Algen ein Protein entdeckt, das Nervenzellen lichtsensitiv machen könnte. Daraus wurde eine neue Technologie, die Optogenetik, entwickelt, die mittels Gentherapie die Zellen lichtempfindlich machen soll. Diese neue Technik ist wesentlich stärker und präziser als ältere Techniken und ermöglicht eine hochauflösende Kommunikation mit dem Nervensystem.

Im Falle der Retinitis Pigmentosa ermöglicht die Optogenetik es, die Fähigkeit zur Wahrnehmung von Licht der verbleibenden Zellen wiederherzustellen, statt die Zellen der Retina durch einen Chip zu ersetzen. Spezielle elektronische Brillen können dann genutzt werden, um optische Informationen in einer Form weiterzugeben, die die neu sensibilisierten Zellen verstehen können.

In den USA wurden bereits die ersten menschlichen Patienten mit dieser Gentherapie behandelt. Falls die Methode wie erwartet wirkt, wird sich das Lebend der Patienten grundlegend verändern. Einige Forschunsgruppen gehen davon aus, dass eine Rückkehr zur annähernd normalen visuelle Wahrnehmung möglich ist. Andere, zu denen auch meine Gruppe gehört, sind etwas vorsichtiger, glauben jedoch, dass es Patienten ermöglicht werden kann, ohne einen Blindenstock zu laufen und mittelbar sogar Gesichter zu erkennen. Wir hoffen weiterhin, in der Lage zu sein, die Anwendung auf eine größere Gruppe einschließlich Patienten, die unter Glaukomen und Traumata leiden, ausweiten zu können.

Auf einen ähnlichen Prozess wird im Bereich der Hörimplantate gehofft, die derzeit ermöglichen, dass Patienten in kleinen Gruppen Konversationen zu folgen, jedoch Musik klingen lassen wie eine Art unter Wasser gespielter Death-Metal. Forschergruppen aus den USA und Deutschland hoffen darauf, die Optogenetik, verglichen mit konventionellen elektrischen Implantaten, als einen genaueren Weg zur Stimulation der zum Hören benötigten Nervenzellen nutzen zu können. Dadurch erhofft man sich, dass Geräte hergestellt werden können, die eine nahezu normale Wahrnehmung von Musik ermöglichen.

Unterhaltungen mit dem Gehirn

Die Optogenetik besitzt außerdem das Potential, Millionen von Menschen mit Epilepsie und anderen Störungen zu behandeln. Eines der Probleme der traditionellen Neuroprothesen ist, dass es schwierig ist, das Nervensystem elektrisch zu stimulieren und gleichzeitig elektronische neuronale Aktivitäten zu messen. Das ist, als würde man versuchen, jemanden flüstern zu hören, während man selbst aus vollem Halse schreit. Mit der Optogenetik jedoch ist es möglich, Licht zur Stimulation zu nutzen, ohne die elektronische Messung zu beeinträchtigen. Das heißt, dass es jetzt effektiv möglich ist, eine Kommunikation mit dem Gehirn durch Stimulation und Messung gleichermaßen zu ermöglichen.

Eines der wichtigsten Anwendungsgebiete ist die Epilepsie. Wir beabsichtigen, Signale an Bereiche des Gehirns zu senden, welche das Anfall-ähnliche Verhalten auslösen, um selbige zu beruhigen. Im weltweit führenden Projekt CANDO hoffen wir darauf, als erstes Team diese neue Technik an Patienten mit Epilepsie im Jahr 2021 zu testen. Falls es funktioniert, wäre dies eine Behandlung, die das Leben der Menschen, deren Medikamente sich als unbrauchbar herausgestellt haben, grundlegend verändern würde.

In den kommenden Jahrzehnten werden wir sehen, wie Neuroprothesen zunehmend mit Gentherapien wie Optogenetik und möglicherweise der Stammzellentherapie kombiniert werden. Sogar traditionelle Unternehmen der Pharmaindustrie beginnen damit, die Möglichkeiten der bioelektrischen Medizin zu erforschen, um die körpereigenen Organe zur Produktion von therapeutischen biochemischen Stoffen zu stimulieren. Das bringt den Vorteil, dass Ärzte zumindest für einige Krankheiten die Behandlung zunehmend individueller gestalten können.

Die unter uns, die mit Filmen wie “Blade Runner” groß geworden sind, könnten erwarten, dass alle Menschen heutzutage durch bionische Implantate erweitert und ergänzt werden. In der Realität sind wir noch weit von dieser Vision der Zukunft entfernt. Andererseits beginnen Science-Fiction-Autoren gerade erst damit, die Realität der genetisch fortschrittlichen Bionik zu erfassen. Schliesslich bleibt es schwierig, die Natur zu überwinden. Sollten wir den Beeinträchtigten aber annähernd normale Umstände zurückgeben können, könnte diese ihr Leben drastisch verbessern.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.

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Image by geralt (CC0 Public Domain)

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Schlagwörter: elektronische Stimulation, Gehirn, Gentherapie, Herz, medizin, Nervensystem, Neuroprothesen