286 | FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES
zum einen die Erforschung des motorischen Systems der Großhirnrinde von Affe
und Mensch, zum anderen neue Strategien zur Entwicklung eines sogenannten
Brain-Computer Interface (BCI). Unter BCIs versteht man Systeme, die beispiels-
weise schwerstgelähmten Patienten ermöglichen sollen, mit Hilfe der eigenen Hirn-
aktivität willentlich einen künstlichen Arm zu steuern. Vor diesem Hintergrund ist
die Erforschung des Zusammenhanges zwischen der neuronalen Aktivität der
Großhirnrinde und willkürlichen Bewegungen, wie etwa Greifbewegungen des
Armes, von großem Interesse.
In Kooperation mit zwei auf diesem Gebiet führenden Arbeitsgruppen (Prof.
Dr.Vaadia, Hebrew University, Jerusalem; PD Dr. Riehle, CNRS Marseille) wird ein
breites Spektrum elektrophysiologischer Messmethoden und bildgebender Verfahren
zur Aufzeichnung der neuronalen Aktivität motorischer Gehirnbereiche genutzt.
Durch mathematische Analyse und Modellierung der Hirnaktivität werden Verfah-
ren entwickelt, die es möglich machen, beabsichtigte Bewegungsabläufe aus der neu-
ronalen Aktivität vorherzusagen. Dies bildet die Grundlage für ein motorisches
Brain-Computer Interface.
Im Rahmen des Projektes wird zur Zeit zum ersten Mal das Potential von
direkt von der Oberfläche des menschlichen Gehirns abgeleiteten Signalen (Elek-
trokortikogramm) für ein BCI untersucht und zudem ein neuartiges Verfahren
etabliert, das auf der Rückmeldung von Signalen der funktionellen Magnetreso-
nanztomographie beruht.
Die bisherigen, ermutigenden Ergebnisse des Projektes versprechen wichtige
Erkenntnisse auf dem Weg zu einer klinischen Anwendung von motorischen
BCIs.
2. Vorhersage von Armbewegungen aus neuronaler Aktivität beim Affen
Die Vorhersage von Armbewegungen aus neuronalen Signalen ist von unmittelbarem
Nutzen für die Entwicklung von motorischen Neuroprothesen — darunter versteht
man Systeme, die die willentliche Steuerung eines künstlichen Effektors (beispiels-
weise ein Roboterarm für Querschnittsgelähmte) ermöglichen sollen und zwar mit-
tels Bewegungskommandos, die der eigenen Hirnaktivität entnommen werden. In
diesem Projektteil konnten wir zeigen (Mehring et al. 2003 a,b), dass im Gehirn
gemessene Signale größerer Gruppen von Nervenzellen — die sogenannten lokalen
Feldpotentiale (LFP) — eine Alternative zu den bisher von vielen Wissenschaftlern
zur Ansteuerung einer neuronalen Prothese favorisierten Einzelzellsignalen darstel-
len.
In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von der Hebrew University in Jeru-
salem (Israel) haben wir zunächst den Zusammenhang zwischen den im motori-
schen Areal der Großhirnrinde von Affen gemessenen lokalen Feldpotentialen und
den vom Affen durchgeführten Armbewegungen untersucht. Affen führten dazu
Armbewegungen zu acht auf einem Kreis angeordneten Zielen (Abb. 1 A,B) durch.
Während dieser Bewegungen wurden LFPs und die Aktivität einzelner Neurone mit
Hilfe von mehreren Mikroelektroden invasiv im motorischen Areal der rechten und