Dr. Joshua Bederson platziert die Elektroden von Precision Neuroscience auf einem Gehirn.
Ashley Capoot
Als im Operationssaal des Mount Sinai Hospital in New York City das Licht gedimmt wurde, bereitete sich Dr. Joshua Bederson darauf vor, Geschichte zu schreiben.
Bederson, Leiter der Abteilung für Neurochirurgie am Mount Sinai Health System, ist es gewohnt, lange Stunden im Operationssaal zu verbringen. Der ehemalige Leistungsturner hat in seiner Karriere mehr als 6.500 Eingriffe durchgeführt und sagt, er stelle sich die einzelnen Schritte vor, als würde er eine Routine proben.
An diesem Morgen im April bereitete sich Bederson auf eine Meningiomresektion vor, was bedeutete, dass er einen gutartigen Gehirntumor entfernen würde. Bederson sagte, sein Hauptaugenmerk liege immer auf der Pflege des Patienten, aber in manchen Fällen könne er auch dazu beitragen, die Wissenschaft voranzubringen.
Dieses Verfahren war ein solcher Fall.
Eine kleine Menschenmenge versammelte sich, als Bederson im Operationssaal Platz nahm. Seine Silhouette erstrahlte im hellen weißen Licht, das auf den Patienten vor ihm schien. Mitarbeiter des Gesundheitswesens, Wissenschaftler und CNBC reckten sich nach vorn – einige spähten durch Fenster –, um zuzusehen, wie Bederson zum ersten Mal vier Elektrodenanordnungen von Precision Neuroscience auf der Oberfläche des Gehirns des Patienten platzierte.
Eine Elektrode ist ein kleiner Sensor, der ein elektrisches Signal erfassen und übertragen kann, und ein Array ist ein Gitter aus Elektroden. Neurochirurgen verwenden bei einigen Eingriffen Elektroden, um wichtige Teile des Gehirns zu überwachen und zu schonen, beispielsweise Bereiche, die Sprache und Bewegung steuern.
Precision ist ein drei Jahre altes Startup, das eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) entwickelt. Eine BCI ist ein System, das neuronale Signale dekodiert und in Befehle für externe Technologien übersetzt. Das vielleicht bekannteste Unternehmen auf diesem Gebiet ist Neuralink, das im Besitz von Tesla und SpaceX-CEO Elon Musk.
Andere Unternehmen wie Synchron und Paradromics haben ebenfalls BCI-Systeme entwickelt, obwohl ihre Ziele und Designs alle unterschiedlich sind. Die erste Anwendung des Systems von Precision wird darin bestehen, Patienten mit schweren Lähmungen zu helfen, Funktionen wie Sprache und Bewegung wiederherzustellen, heißt es auf der Website des Unternehmens.
Stephanie Rider von Precision Neuroscience inspiziert das Mikroelektrodenarray des Unternehmens
Quelle: Precision Neuroscience
Precisions Flaggschiff-BCI heißt Layer 7 Cortical Interface. Es handelt sich um eine Mikroelektrodenanordnung, die dünner als ein menschliches Haar ist und einem Stück gelbem Klebeband ähnelt. Jede Anordnung besteht aus 1.024 Elektroden und Precision sagt, dass sie sich der Oberfläche des Gehirns anpassen kann, ohne Gewebe zu beschädigen.
Als Bederson während der Operation im April vier Arrays des Unternehmens verwendete, stellte er laut Precision einen Rekord für die höchste Anzahl von Elektroden auf, die in Echtzeit am Gehirn platziert wurden. Aber was vielleicht noch wichtiger ist: Die Arrays konnten Signale von den einzelnen Fingern des Patienten erfassen, was eine weitaus größere Detailgenauigkeit ermöglicht, als Standardelektroden erfassen können.
Die Verwendung des Elektrodenarrays von Precision sei, als würde man ein verpixeltes Bild mit niedriger Auflösung in ein 4K-Bild umwandeln, sagte Ignacio Saez, außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften, Neurochirurgie und Neurologie an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai. Saez und sein Team beaufsichtigen die Arbeit von Precision mit Mount Sinai.
„Statt 10 Elektroden bekommt man 1.000 Elektroden“, sagte Saez in einem Interview mit CNBC. „Die Tiefe, die Auflösung und die Details, die man erhält, sind völlig anders, obwohl sie irgendwie die gleiche zugrunde liegende neurologische Aktivität widerspiegeln.“
Bederson sagte, dass der Zugriff auf diese Detailgenauigkeit Ärzten in Zukunft dabei helfen könnte, bei Operationen und anderen Eingriffen behutsamer vorzugehen. Für Precision wird die Fähigkeit, Signale einzelner Finger aufzuzeichnen und zu dekodieren, von entscheidender Bedeutung sein, da das Unternehmen daran arbeitet, Patienten letztendlich dabei zu helfen, die Feinmotorik wiederzuerlangen.
Die Daten markieren einen Meilenstein für Precision, aber bis einige seiner ehrgeizigeren Ziele erreicht sind, liegt noch ein langer Weg vor ihm. Das Unternehmen arbeitet noch an der Zulassung durch die US-amerikanische Gesundheitsbehörde FDA und hat noch keinem Patienten eine dauerhaftere Version seiner Technologie implantiert.
„Ich denke, das sind kleine Babyschritte in Richtung des ultimativen Ziels einer Gehirn-Computer-Schnittstelle“, sagte Bederson in einem Interview mit CNBC.
Im Operationssaal
Dr. Joshua Bederson bereitet sich auf eine Operation im Mount Sinai Hospital vor.
Ashley Capoot
Bedersons Operation im April war nicht Precisions erster Rodeo. Tatsächlich war es das 14. Mal, dass das Unternehmen sein Array im Gehirn eines menschlichen Patienten platzierte.
Precision arbeitet mit akademischen medizinischen Zentren und Gesundheitssystemen zusammen, um eine Reihe klinischer Studien am Menschen durchzuführen. Die Ziele jeder Studie sind unterschiedlich, und das Unternehmen gab im März seine Zusammenarbeit mit Mount Sinai bekannt.
Am Mount Sinai erforscht Precision verschiedene Einsatzmöglichkeiten für sein Array in klinischen Umgebungen, beispielsweise wie es zur Überwachung des Gehirns während einer Operation eingesetzt werden kann. Bei diesen Eingriffen platzieren Chirurgen wie Bederson Precisions Array vorübergehend bei Patienten, die sich aus medizinischen Gründen bereits einer Gehirnoperation unterziehen.
Die Patienten geben vorab ihr Einverständnis zur Teilnahme.
Bei solchen Eingriffen ist es Routine, dass Neurochirurgen Gehirnsignale mithilfe von Elektroden kartieren. Bederson sagte, dass derzeit gängige Praxis darin besteht, zwischen vier und fast 100 Elektroden zu verwenden – weit entfernt von den 4.096 Elektroden, die er testen wollte.
Elektrodenanordnungen von Precision Neuroscience auf einem Tisch ausgestellt.
Ashley Capoot
Die Arrays von Precision werden bei einem kurzen Teil dieser Operationen verwendet, sodass CNBC im April in den Operationssaal kam, als der Eingriff bereits im Gange war.
Der Patient, der anonym bleiben wollte, schlief. Bedersons Team hatte bereits einen Teil seines Schädels entfernt, wodurch eine Öffnung von der Größe einer Kreditkarte entstand. Vier von Precisions Arrays lagen sorgfältig auf einem Tisch in der Nähe.
Nachdem der Zustand des Patienten stabilisiert war, betraten Precisions Mitarbeiter nach und nach den Operationssaal. Sie halfen dabei, die Arrays in einem Bogen um die Öffnung am Kopf des Patienten anzubringen, und schlossen Bündel langer blauer Kabel am anderen Ende an einen Wagen voller Geräte und Monitore an.
Dr. Benjamin Rapoport, Mitbegründer und wissenschaftlicher Leiter von Precision, schaute ruhig zu. Jeder größere Eingriff birgt gewisse Risiken, aber der Neurochirurg mit der sanften Stimme ließ sich nie von seiner ruhigen Haltung abbringen. Er sagte gegenüber CNBC, dass jeder neue Fall genauso aufregend sei wie der letzte, insbesondere da das Unternehmen noch immer dazulerne.
Experten helfen beim Einrichten der Verkabelung für die Technologie von Precision Neuroscience.
Ashley Capoot
Bederson betrat den Operationssaal, als Precisions Vorbereitungen sich dem Ende näherten. Er half dabei, letzte Änderungen an der Einrichtung vorzunehmen, und die Deckenbeleuchtung im Operationssaal wurde ausgeschaltet.
Das Geplapper verstummte zu gedämpftem Flüstern. Bederson war bereit, loszulegen.
Zunächst zog er vorsichtig eine faserige Membran, die sogenannte Dura, zurück, um die Oberfläche des Gehirns freizulegen. Er legte ein paar Minuten lang einen Standardstreifen mit Elektroden auf das Gewebe und dann war es an der Zeit, Precisions Technologie zu testen.
Mit einer gelben Pinzette, einer sogenannten langen Bajonettzange, begann Bederson, alle vier Elektrodenanordnungen von Precision am Gehirn des Patienten zu platzieren. Die ersten beiden Anordnungen gelang ihm problemlos, die letzten beiden gestalteten sich jedoch etwas schwieriger.
Bederson arbeitete mit einem kleinen Abschnitt von Hirngewebe, was bedeutete, dass die Arrays genau im richtigen Winkel angeordnet werden mussten, damit sie flach lagen. Als Referenz stellen Sie sich vor, Sie würden die Enden von vier separaten Maßbändern auf einer Fläche anordnen, die etwa so groß wie ein Gummiband ist. Es erforderte ein wenig Umkonfiguration, aber nach ein paar Minuten hatte Bederson es geschafft.
Echtzeit-Darstellungen der Gehirnaktivität des Patienten liefen über die Monitore von Precision im Operationssaal. Alle vier Arrays funktionierten.
In einem Interview nach der Operation sagte Bederson, es sei „kompliziert“ und „etwas umständlich“ gewesen, alle vier Arrays gleichzeitig zu platzieren. Aus gestalterischer Sicht wären seiner Meinung nach zwei Arrays mit doppelt so vielen Kontaktpunkten oder längere Arrays mit größerem Abstand hilfreich gewesen.
Bederson verglich die Arrays mit Spaghetti, und die Beschreibung war treffend. Von CNBCs Beobachtungsposten aus war es schwer zu erkennen, wo eines aufhörte und das nächste begann.
Nachdem alle Arrays platziert waren und aktiv Signale erfassten, stand Rapoport von Precision mit seinem Team an den Monitoren, um die Datenerfassung zu überwachen. Er sagte, die Forschung sei das Ergebnis einer echten Teamleistung von Unternehmen, Gesundheitssystem und Patient, der die Vorteile der Technologie in diesem Stadium oft noch nicht zu Gesicht bekomme.
„Es braucht ein ganzes Dorf, um so etwas voranzubringen“, sagte Rapoport.
CNBC verließ den Operationssaal, als Bederson mit der Entfernung des Tumors begann, sagte aber, der Eingriff sei gut verlaufen. Der Patient wachte danach mit einer leichten Schwäche im Fuß auf, da die Operation in diesem Teil des Gehirns durchgeführt worden war, aber Bederson sagte, er rechne damit, dass sich der Fuß in etwa drei bis vier Wochen erholen würde.
Mitarbeiter von Precision Neuroscience sammeln Daten.
Ashley Capoot
Aufgrund seiner Funktion bei Precision war Rapoport bei dieser speziellen Operation anwesend, er ist jedoch mit den Operationssälen am Mount Sinai gut vertraut.
Rapoport ist praktizierender Chirurg und Assistenzprofessor für Neurochirurgie an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai. Rapoport untersteht Bederson, und Bederson sagte, die beiden kennen sich seit Rapoports Assistenzzeit bei Weill Cornell Medicine.
Dr. Thomas Oxley, CEO des konkurrierenden BCI-Unternehmens Synchron, ist ebenfalls Dozent bei Bederson. Synchron hat ein stentähnliches BCI entwickelt, das durch die Blutgefäße eines Patienten eingeführt werden kann. Bis Anfang Februar hatte das Unternehmen sein System bereits bei zehn Patienten implantiert. Es arbeitet derzeit auch an der Zulassung durch die FDA.
Bederson besitzt einen Kapitalanteil an Synchron, sagte gegenüber CNBC jedoch, er habe nicht gewusst, wie sehr ihn dies daran hindern würde, an der Forschung mit dem Synchron-Team teilzunehmen. Er hat kein Geld an Precision investiert.
„Ich wollte wirklich kein finanzielles Interesse an Precision haben, weil ich glaube, dass es eine ebenso vielversprechende Zukunft hat, und ich die Wissenschaft so schnell wie möglich voranbringen wollte“, sagte Bederson.
Rapoport war 2017 auch Mitbegründer von Musks Neuralink, verließ das Unternehmen jedoch im folgenden Jahr. Neuralink entwickelt ein BCI, das direkt in das Gehirngewebe eingesetzt werden soll, und das Unternehmen erhielt kürzlich die Genehmigung, es seinem zweiten menschlichen Patienten zu implantieren, wie aus einem Bericht des Wall Street Journals vom Montag hervorgeht.
Bederson sagte, dass das Wissen der Wissenschaftler über das Gehirn in den nächsten Jahren „explodieren“ werde, während die BCI-Industrie immer mehr Fahrt aufnimmt. Unternehmen wie Precision stehen noch ganz am Anfang.
Dr. Joshua Bederson hilft beim Einrichten der Elektrodenanordnungen von Precision Neuroscience.
Ashley Capoot
„Ich glaube wirklich, dass die Zukunft das Spannende ist“, sagte Bederson.
Laut Rapoport hofft Precision, „innerhalb weniger Monate“ die FDA-Zulassung für die kabelgebundene Version seines Systems zu erhalten. Diese Version, die CNBC im Operationssaal gesehen hat, sei für den Einsatz in Krankenhäusern oder Pflegestationen für jeweils bis zu 30 Tage vorgesehen, sagte er.
Das permanente Implantat von Precision, das Signale drahtlos überträgt, wird ein separates Genehmigungsverfahren bei der FDA durchlaufen.
Laut Rapoport hofft Precision, bis Ende des Jahres „einige Dutzend“ Patienten mit der kabelgebundenen Version seiner Technologie zu implantieren. Diese Datensammlung würde dem Unternehmen ein „sehr hohes Maß an Vertrauen“ in seine Fähigkeit verleihen, Bewegungs- und Sprachsignale in Echtzeit zu dekodieren, sagte er.
„Innerhalb weniger Jahre werden wir eine weitaus fortschrittlichere Version der Technologie auf dem Markt haben“, sagte Rapoport.
