Zügig wird die Region Genfersee zu einem Hotspot für Neurowissenschaften ausgebaut, die bereits heute teils spektakuläre Forschungsergebnisse vorzuweisen haben. Das International Center for Neuroprosthetics (CNP) der EPFL etwa forscht an neuartigen Lösungen, damit neurologische Patienten verlorene Bewegungs- und Kognitionsfunktionen wiedererlangen können. Im Blue Brain Project wird das Verständnis der Funktionsweise des Gehirns mittels Computersimulation vorangetrieben, und zwischen Genf und Lausanne wächst «Neuropolis» zusammen – ein weltweit einmaliger Cluster der Neurowissenschaften.

Prof. Olaf Blanke mit dem Ultrahigh- Field-(/T)-MRI-Scanner am CIBM (Centre d’Imagerie BioMédicale) der EPFL (Foto: Michael Sieber, Langnau/Zürich).

Die Bilder, die an diesem 24. April 2012 zur besten Sendezeit in der «Tagesschau» des Schweizer Fernsehens ausgestrahlt wurden, boten spektakuläre Wissenschaft: Ein Roboter bewegte sich scheinbar ohne menschliche Steuerung und schlängelte sich in einem Sitzungszimmer der EPFL um Menschen, Möbelstücke und Topfpflanzen. Er tat dies mit höchster Präzision und ohne Kollision. Gesteuert wurde er von einem Tetraplegiker namens Marc- André Duc, der sich zur gleichen Zeit in seinem Krankenzimmer im Spital in Sitten befand. Wie ist das möglich?

Der Mann steuert den Roboter allein mit der Kraft seiner Gedanken. Dabei wird eine bestimmte Region seines Gehirns aktiviert. Elektroden messen seine Hirnströme und übermitteln deren Aktivität an einen Computer. Dieser wiederum wandelt die Ströme in technische Steuerungssignale um. So kann der Tetraplegiker den Roboter in Bewegung setzen. Diese sogenannten Neuroprothesen haben Forschende um Professor José del R. Millán an der EPFL entwickelt. Es ist einer der jüngsten wissenschaftlichen Erfolge am Center for Neuroprosthetics (CNP) der EPFL. Das Beispiel zeigt, dass in Lausanne, Genf und Sitten die Neuro- und Ingenieurwissenschaften sowie die Medizin immer stärker verschmelzen. Die Forschenden haben bereits Prototypen entwickelt, mit denen neurologische Patienten allein mit ihren Gedanken den Rollstuhl steuern können, auf dem sie sitzen, oder auch Arm- oder Beinprothesen bewegen können. «Durch intelligente Computer werden einige der verlorenen Funktionen, die im Rahmen eines Hirninfarkts oder einer Querschnittslähmung auftreten, überwunden, und die Signale werden direkt an den Rollstuhl gesandt», sagt Olaf Blanke, Direktor am Center for Neuroprosthetics der EPFL, «und dieser wird so zu einem Teil des Körpers, gewissermassen zu einem Muskel.»

Körperwahrnehmung und -bewusstsein werden erforscht
Dies ist nur ein Gebiet, das am CNP intensiv erforscht wird. Das Zentrum für Neuroprothesen war 2009 mit privater Unterstützung aus Stiftungen von lokal ansässigen Unternehmern wie Ernesto Bertarelli und Logitech-Gründer Daniel Borel gegründet worden. Professor Olaf Blanke erforscht die Hirnmechanismen neurologisch und experimentell gestörter Eigenkörperwahrnehmungen, die unser Wissen über das körperliche Bewusstsein des Menschen erweitern sollen. Dahinter verbirgt sich mehr als lediglich die wissenschaftliche Neugier zu erfahren, wie das körperliche Ich- Bewusstsein erzeugt wird. «Die Handhabung von Prothesen beispielsweise könnte wesentlich erleichtert werden, wenn der Träger einer solchen diese nicht als Fremdkörper, sondern als Teil seines Körpers betrachten würde», sagt Olaf Blanke.

Weitere revolutionäre Forschungsansätze zu den Themen Querschnittslähmung (Professor Grégoire Courtine), bionischer Arm (Professor Silvestro Micera) und künstliche Haut (Professorin Stéphanie Lacour) machen das CNP einmalig auf der Welt: Die Zusammenführung von Neuro- mit Ingenieurwissenschaften wie Robotik, Mikrotechnik, Signalverarbeitung oder Informatik
erlaubt es, eine Schnittstelle zu schaffen zwischen Grundlagenforschung, klinischen Anwendungen und industrieller Nutzung. Durch diese Verbindung können Neuroprothesen entwickelt werden, die Patienten in die Lage versetzen, nicht vorhandene oder durch Krankheit oder Unfall verlorene Fähigkeiten wiederzuerlangen, und zwar unabhängig vom geschädigten oder funktionsuntüchtigen Organ. Nicht das Organ wird repariert wie bei vielen Ansätzen aus der Medizin, sondern über genaueste Messungen und Stimulationen des Gehirns wird die Verletzung wie ein Bypass umgangen, ersetzt und robotisch gestärkt.

«Neuropolis» liegt am Lac Léman
Angesichts der bereits vorhandenen wissenschaftlichen Kapazitäten vor Ort kündigte die EPFL zusammen mit der Universität und dem Universitätsspital Genf sowie den Kantonen Genf und Wallis Mitte des Jahres 2012 den nächsten Ausbauschritt in den Neurowissenschaften an. In der Genferseeregion wird «Neuropolis» entstehen, ein Cluster, der sich der Hirnforschung und den Simulationswissenschaften widmet. Neuropolis sieht die Einrichtung von zwei Standorten in Genf und Lausanne vor, an denen künftig rund 1000 wissenschaftliche und technische Mitarbeitende tätig sein werden. Dabei soll «Neuropolis» auch als Simulationsplattform für das seit 2005 bestehende Hirnforschungsprojekt «Blue Brain» dienen. Forschende der EPFL arbeiten seit Jahren an einem Pionierprojekt zum Verständnis der Funktionsweise des menschlichen Gehirns. Ziel ist es, ein Computermodell zu entwickeln, das dem menschlichen Gehirn mit seinen 100 Mrd. Zellen nachgebaut ist. Für diese Simulation am Computer sind immense Rechenleistungen notwendig. «Experimentell ist das Gehirn aufgrund seiner Komplexität auf absehbare Zeit nicht zu erkunden», sagt Blue-Brain-Projektmanager Felix Schürmann, «deshalb müssen wir den Umweg über die Computersimulation gehen und das Gehirn dort nachbauen.» Deshalb ist auch die auf Grossrechner spezialisierte IBM ins Blue Brain Project involviert. Auch wenn sich das Ziel noch in weiter Ferne befindet, gelingen den EPFL-Forschenden immer wieder spektakuläre Erkenntnisse über das Innenleben des Gehirns. So publizierten Blue-Brain-Forschende vergangenen September neue Erkenntnisse über die synaptischen Verbindungen zwischen
den Neuronen im renommierten Wissenschaftsmagazin «PNAS» der United States National Academy of Sciences (NAS).

«Neuropolis» und das Blue Brain Project spielen für die EPFL auch in einem grösseren Zusammenhang eine Rolle. Ersteres wird möglicherweise Headquarter für das «Human Brain»-Projekt, welches zu einer von zwei European-Flagship- Initiativen der EU ernannt wurde. «Das Blue Brain Project wird als Schweizer Beitrag dort eingebracht werden», sagt Felix Schürmann.