Michael van den Heuvel, Medscape

20. Juli 2026

Ein 42-jähriger Mann mit einer kompletten Querschnittlähmung ab dem 4. Halswirbel kann dank eines neuartigen Hirn-Computer-Systems wieder selbstständig essen, ein rohes Ei greifen, ohne es zu zerdrücken, und sogar die Hand seiner Schwester spüren. Möglich macht dies ein System, das US-Forscher als „Double Neural Bypass" bezeichnen – eine doppelte neuronale Umgehung, die Bewegungsabsichten direkt aus dem Gehirn ausliest und gleichzeitig verlorenes Tastempfinden zurückbringt. Bemerkenswert ist, dass ein Teil der erzielten Verbesserungen selbst dann bestehen bleibt, wenn das System ausgeschaltet ist. Veröffentlicht wurde die Studie in Nature Medicine.

Brain-Computer-Interface lässt gelähmten Mann wieder fühlen und greifen

Der Patient Keith Thomas zusammen mit dem Forschungsteam der Feinstein Institutes for Medical Research von Northwell Health. Über mehrere Monate hinweg arbeitete das Team eng mit ihm zusammen, um die Bewegungsfähigkeit sowie das Tastempfinden in seinem Arm und seiner Hand teilweise wiederherzustellen.

„Ich sehe das Hauptziel der Studie im Nachweis der grundsätzlichen Machbarkeit des Ansatzes einer per Brain-Computer Interface (BCI) kontrollierten Orthese mit biomimetischer sensibler Rückmeldung“, erklärt Prof. Dr. Rüdiger Rupp vomUniversitätsklinikum Heidelberg gegenüber dem Science Media Center Germany. „Es geht aus meiner Sicht weniger darum, zu zeigen, dass ein Nutzer mehr Unabhängigkeit bei Alltagsaufgaben gewinnt.“

Zu einer ähnlichen Bewertung kommt Prof. Dr. Surjo R. Soekadar, Charité – Universitätsmedizin Berlin: „Das Besondere an dieser Arbeit ist nicht eine einzelne technische Innovation, sondern die intelligente Kombination mehrerer Ansätze zu einem therapeutischen Gesamtsystem.“ Erstmals seien ein invasives Brain-Computer-Interface, Rückenmarksstimulation, sensorisches Feedback und lernende Algorithmen so miteinander verknüpft worden, dass sie sich gegenseitig ergänzen könnten.


Innovative Hilfe bei verschiedenen Krankheitsbildern
Der Bedarf an innovativen Technologien ist jedenfalls groß: Weltweit leben Millionen Menschen aufgrund von Rückenmarksverletzungen, Schlaganfällen oder anderen neurologischen Erkrankungen mit erheblichen Bewegungs- und Gefühlsstörungen. Und mehr als die Hälfte aller Rückenmarksverletzungen führt zu einer Tetraplegie, also zu einer Lähmung von Armen und Beinen.

Menschen mit einer solchen Verletzung nennen nahezu übereinstimmend ein Ziel als höchste Priorität: die Beweglichkeit von Händen und Armen zurückzugewinnen – noch vor der Fähigkeit, zu gehen oder die Kontrolle über Blase und Darm zu haben.

Experimentelle Therapieansätze bei Querschnittslähmung
Schutz des Rückenmarks (Neuroprotektion): Medikamente sollen in der akuten Phase Entzündungen und weitere Nervenschäden begrenzen, um möglichst viel funktionsfähiges Gewebe zu erhalten.
Förderung der Nervenregeneration: Wirkstoffe sollen regenerationshemmende Proteine blockieren und so das Nachwachsen von Nervenfasern im Rückenmark unterstützen.
Zelltherapien: Stamm- oder Nervenzellen sollen geschädigtes Gewebe ersetzen oder die Regeneration durch Wachstumsfaktoren und entzündungshemmende Effekte fördern.
Technische Unterstützung (Neurotechnologien): Elektrische Stimulation, Exoskelette und Gehirn-Computer-Schnittstellen sollen verlorene motorische Funktionen unterstützen oder teilweise wiederherstellen.
Kombinierte und personalisierte Therapien: Künftig könnten biologische und technische Ansätze kombiniert werden, da einzelne Verfahren bislang nur begrenzte Erfolge zeigen.

Besonders schwierig ist die Situation bei einer kompletten Rückenmarksverletzung. In diesen Fällen sind unterhalb der Schädigungsstelle weder willentliche Bewegungen noch irgendeine Form von Empfindung möglich. Eine relevante funktionelle Erholung gilt bislang als äußerst selten.


Genau für diese Patientengruppe entwickelte ein Team um Chad Bouton vom Feinstein Institutes for Medical Research in New York ein System, das 2 zentrale Probleme angeht: den Verlust der Bewegungsfähigkeit und des Tastempfindens.

Frühere Studien hatten gezeigt, dass sich mithilfe einer Hirn-Computer-Schnittstelle Bewegungsabsichten direkt aus der Hirnrinde auslesen und in elektrische Muskelstimulationen umsetzen lassen. Auf diese Weise konnten selbst bei kompletter Tetraplegie wieder gedankengesteuerte Handbewegungen erzeugt werden. Diese Systeme hatten jedoch einen entscheidenden Nachteil: Es fehlte jegliche Form sensorischer Rückmeldung. Ohne Tastsinn ist ein fein abgestimmtes Greifen kaum möglich. Zudem boten die bisherigen Ansätze keine Möglichkeit, eine dauerhafte Erholung der Nervenfunktion anzustoßen.

Wie das System im Gehirn und Rückenmark arbeitet
Der „Double Neural Bypass" kombiniert 2 implantierte Elektrodensysteme im Gehirn mit einer gezielten elektrischen Stimulation des Rückenmarks und der Hirnrinde.


Das Modell half dabei, 5 winzige Hirnimplantate präzise zu platzieren, um Bewegung und Tastsinn wiederherzustellen. Bild: Feinstein Institute for Medical Research
Im primären motorischen Kortex – jener Hirnregion, die Bewegungen plant und einleitet – implantierten die Forscher 2 Mikroelektroden-Arrays. Diese zeichnen kontinuierlich die Aktivität einzelner Nervenzellgruppen auf. Ein künstliches neuronales Netzwerk wertet die Signale in Echtzeit aus und erkennt daraus die Absicht des Patienten, die Hand zu öffnen oder zu schließen.

Parallel dazu wurden im primären somatosensorischen Kortex, der für die Verarbeitung von Berührungsreizen zuständig ist, weitere Elektroden-Arrays implantiert. Über diese Elektroden kann gezielt elektrischer Strom in die Hirnrinde geleitet werden. Dadurch entstehen beim Patienten künstliche Tastempfindungen an exakt definierten Fingerpositionen, beispielsweise an der Daumen- oder Zeigefingerkuppe.

Ergänzt wird das Hirnimplantat durch eine nichtinvasive transkutane Rückenmarksstimulation. Dabei erfolgt die elektrische Stimulation über eine elektronisch steuerbare Elektrodenmatte, die auf dem Nacken und dem oberen Rücken aufliegt. Die Stimulation richtet sich gezielt an bestimmte Nervenwurzeln der Halswirbelsäule und erhöht die Erregbarkeit der dortigen Nervenschaltkreise.

Damit vereint das System 2 unterschiedliche Funktionsprinzipien: Zum einen ersetzt es während der Nutzung unmittelbar verlorene Bewegungs- und Tastfunktionen. Zum anderen verfolgt es einen therapeutischen Ansatz, der echte biologische Erholungsprozesse fördern soll – also Verbesserungen, die auch dann bestehen bleiben, wenn das System nicht mehr aktiv ist.

Der Patient und sein langer Weg
Studienteilnehmer war ein 42-jähriger Mann, der sich 13 Monate zuvor bei einem Tauchunfall eine komplette Rückenmarksverletzung auf Höhe des 4. und 5. Halswirbels zugezogen hatte. Seitdem bestand unterhalb von C4 ein vollständiger Ausfall des Tastempfindens und ab C5 eine komplette motorische Lähmung. Er konnte weder seine Hände zum Gesicht führen noch Gegenstände halten. Auch jede Form der Wahrnehmung an Unterarmen und Händen war verloren gegangen.

In der 1. Phase der Studie, die mehr als ein Jahr gedauert hat, untersuchten die Forscher zunächst, welche Verbesserungen sich allein durch die transkutane Rückenmarksstimulation erzielen ließen, bevor das Hirnimplantat eingesetzt wurde.

Bei der Ellenbogenbeugung, also einer eher körpernahen Bewegung, führte die alleinige Rückenmarksstimulation bereits nach 15 Wochen zu einer deutlichen und statistisch signifikanten Kraftsteigerung: rechts um 61% und links um 25% gegenüber dem Ausgangswert. Nach insgesamt 35 Wochen hatten sich diese Werte sogar auf 86 beziehungsweise 62% erhöht. Dadurch war der Patient erstmals wieder in der Lage, seine Hand selbstständig bis zum Gesicht zu führen und sich zu berühren.

Für die Handmuskulatur und das Tastempfinden zeigte die Rückenmarksstimulation allein jedoch keinerlei messbaren Effekt. Gerade in den am stärksten betroffenen, körperfernen Bereichen reichte dieser Ansatz also nicht aus. Für eine Wiederherstellung der Handfunktion war offensichtlich ein direkter Zugang zum Gehirn erforderlich.

Wie die Hand wieder greifen lernt
Nach der Implantation der Hirnelektroden konnte der Patient seine zuvor vollständig gelähmte Hand durch seine Gedanken wieder öffnen und schließen.

Dazu wurden Elektrodenpflaster auf dem Unterarm eingesetzt, die die jeweils benötigten Muskeln elektrisch stimulierten. Gleichzeitig erfassten Kraftsensoren in der Handfläche die tatsächlich ausgeübte Greifkraft. Diese Informationen wurden über die Elektroden im somatosensorischen Kortex wieder an das Gehirn zurückgeleitet und dort als künstliches Tastgefühl wahrgenommen.

In einer besonders eindrucksvollen Demonstration griff der Patient auf diese Weise die Hand seiner Schwester und konnte dabei tatsächlich spüren, dass er sie festhielt – obwohl seine Hand zuvor vollständig gelähmt und gefühllos gewesen war.

Da die elektrische Muskelstimulation allein nicht zu genügend Kraft geführt hat, ergänzte das Forschungsteam das System mit einer leichten, per 3D-Druck hergestellten Handorthese. Über ein künstliches Sehnensystem unterstützt sie gezielt die Beugung von Zeige- und Mittelfinger und wird ebenfalls direkt durch die aus dem Gehirn ausgelesenen Signale gesteuert.

Mit dieser Kombination konnte der Patient wieder einige Aufgaben im Alltag bewältigen. So war er in der Lage, selbstständig zu trinken oder zu essen – Fähigkeiten, die für Menschen mit einer kompletten hohen Tetraplegie bislang als unerreichbar galten.

Feinfühliges Greifen dank lernfähiger Software
Besonders schwierig war, die Greifkraft so präzise zu steuern, dass auch empfindliche Gegenstände sicher gehalten werden konnten. Eine direkte Übersetzung der Hirnsignale in Muskelstimulation führt häufig dazu, dass der Patient entweder zu fest oder zu schwach zugriff. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher eine Software, die 2 künstliche neuronale Netzwerke miteinander kombiniert.

Wie wirkungsvoll dieser Ansatz ist, zeigte ein Versuch mit leeren Eierschalen. Mithilfe der zusätzlichen Kraftregelung gelang dem Patienten in 87% der Durchgänge ein erfolgreiches Greifen, ohne die Eierschale zu beschädigen. Ohne diese intelligente Regelung lag die Erfolgsquote lediglich bei 27%.

War zusätzlich die künstliche Tastrückmeldung über die Hirnrindenstimulation aktiviert, konnte der Patient bei verbundenen Augen außerdem nahezu immer korrekt erkennen, ob sich überhaupt ein Gegenstand in seiner Hand befand. Ohne diese sensorische Rückmeldung entsprach seine Trefferquote dagegen nahezu dem Zufall.

Wenn das Gefühl auch nach dem Abschalten bleibt
Der vielleicht bemerkenswerteste Teil der Studie betrifft jene Effekte, die über die eigentliche Nutzung des Systems hinaus bestehen blieben. Ziel der Wissenschaftler war es, das verlorene Tastempfinden am rechten Handgelenk dauerhaft wiederherzustellen. Sie entwickelten eine Methode, die sie als „kortikales Spiegeln" bezeichnen.

Dabei wird das räumliche Aktivitätsmuster im somatosensorischen Kortex, das normalerweise beim Beobachten oder Vorstellen einer Berührung entsteht, gezielt durch elektrische Hirnstimulation nachgebildet. Dieses künstlich erzeugte Aktivitätsmuster wird anschließend wiederholt mit einer transkutanen Rückenmarksstimulation und mit einer Vibrationsreizung der Haut gekoppelt. Die Forscher wollten so die natürlichen Mechanismen der neuronalen Plastizität gezielt aktivieren und den Wiederaufbau sensorischer Funktionen fördern.

Nach Abschluss dieser kombinierten Behandlung zeigte sich tatsächlich eine deutliche Verbesserung des Tastempfindens. Am rechten Handgelenk konnte der Patient erheblich schwächere Berührungsreize wahrnehmen und ihre Position genauer bestimmen als vor der Behandlung. Diese Verbesserung erwies sich auch in einem strengen statistischen Test als signifikant und blieb über mehr als 2 Monate bestehen – obwohl die Stimulation längst beendet war.

Auch bei einer weiteren Untersuchungsaufgabe zeigte sich dieser Effekt. Dabei wurden definierte Druckreize auf verschiedene Bereiche der Hand ausgeübt. Am behandelten rechten Handgelenk erkannte der Patient die Berührungen anschließend mit einer Genauigkeit von 81% – deutlich besser als an vergleichbaren, unbehandelten Handregionen.

Parallel dazu erfassten die Forscher die Aktivität des Gehirns. Dabei zeigte sich, dass die entsprechenden Signale nicht unmittelbar nach der Behandlung wieder abnahmen. Stattdessen nahm die Aktivität im somatosensorischen Kortex sogar noch bis zu 92 Minuten nach Ende der eigentlichen Stimulation weiter zu. Dies spricht dafür, dass die Behandlung tatsächlich kurzfristige Plastizitätsprozesse im Gehirn angestoßen und nicht lediglich einen vorübergehenden Effekt erzeugt hat.

Grenzen und Ausblick
„Für diesen einzelnen Patienten sind die erzielten Alltagsfunktionen, etwa selbstständiges Trinken und Essen, eindrucksvoll und persönlich bedeutsam", kommentiert Prof. Dr. Simon Jacob von derTechnischen Universität München (TUM). „Wichtig ist jedoch die Unterscheidung: Die länger anhaltende motorische Verbesserung betraf die bereits teilweise erhaltene Ellenbogenbeugung und trat während der Rückenmarkstimulation und dem Training auf.

Jacob: „Eine eigenständige willkürliche Handbewegung wurde nicht wiederhergestellt; für das Greifen waren weiterhin die implantierte Schnittstelle, elektrische Stimulation beziehungsweise eine motorisierte Orthese erforderlich. Auch die anhaltende sensorische Verbesserung beschränkte sich auf einen Bereich am Handgelenk, während an Daumen und Fingern keine wiederhergestellte natürliche Sensibilität nachweisbar war.“

Hinzu kommt, dass der „Double Neural Bypass" derzeit noch ein hochkomplexes Forschungssystem ist, dessen Einsatz ein erfahrenes Team aus Spezialistinnen und Spezialisten erfordert. Für eine breite klinische Anwendung müssen daher noch zahlreiche technische Herausforderungen gelöst werden. Dazu gehört beispielsweise die Frage, wie sich die Stimulationsparameter künftig automatisch an individuelle anatomische Unterschiede verschiedener Patienten anpassen lassen.

Als wesentlicher Vorteil des entwickelten Systems gilt, dass sowohl die Rückenmarks- als auch die periphere Muskelstimulation nicht invasiv erfolgen. Anstelle chirurgisch implantierter Elektroden kommt eine transkutane Stimulation über die Haut zum Einsatz. Dadurch sinkt das operative Risiko erheblich und die Chancen steigen, den Ansatz künftig auch auf andere neurologische Erkrankungen – etwa den Schlaganfall – zu übertragen.

Insgesamt liefert die Arbeit nach Einschätzung der Autoren einen Machbarkeitsnachweis dafür, dass sich Hirn-Computer-Schnittstellen, gezielte Rückenmarksstimulation und elektrische Muskelstimulation zu einem integrierten System kombinieren lassen, das nicht nur während der Anwendung verloren gegangene Funktionen ersetzt, sondern zugleich biologische Erholungsprozesse anstoßen. Sollte sich ihr Ansatz in weiteren Studien bestätigen, könnte er den Weg zu einer neuen Generation neuroprothetischer Therapien ebnen, die Menschen mit schweren Rückenmarksverletzungen mehr Selbstständigkeit zurückgeben.

Quelle: Medscape