Patienten, die nach einer schweren Hirnverletzung reglos im Bett liegen und auf keinerlei Ansprache reagieren, gelten medizinisch als bewusstlos. Doch ein Teil dieser Personen nimmt möglicherweise viel mehr von der Umgebung wahr als angenommen – und kann sogar kommunizieren.

Das jedenfalls zeigen Studien des Neurologen Jan Claassen von der Columbia University in New York. Zusammen mit seinen Kollegen entwickelte er eine Gehirn-Computer-Schnittstelle, die es ermöglichte, mit den vermeintlich bewusstlosen Personen in Kontakt zu treten.

Insgesamt 41 klinisch nicht ansprechbare Patienten mit einer akuten Hirnverletzung nahmen an der Studie teil. Ein Drittel von ihnen reagierte auf die Aufforderung, die Höhe eines Pieptons zu steuern – was ihnen allein mit der Kraft ihrer Gedanken gelang. Das berichten die Forscher jetzt im Fachmagazin „Brain“.

„Forschungen haben gezeigt, dass viele Patienten mit akuter Hirnverletzung, die im Koma zu liegen scheinen, tatsächlich ein gewisses Maß an Bewusstsein haben, obwohl sie nicht sprechen oder ihre Hände oder Augen bewegen können“, sagt Claassen.

In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler bereits Gehirn-Computer-Schnittstellen etwa für Querschnittsgelähmte entwickelt, die damit Geräte steuern können. Dafür muss ihnen ein Computerchip in die Hirnoberfläche implantiert werden, um Gedanken in Befehlssignale umzusetzen. Dieser Ansatz ist jedoch für bewusstlose Patienten mit einer schweren Hirnverletzung ungeeignet.

Claassen gehört zu den Pionieren, die das sogenannte verborgene Bewusstsein erforscht haben. Bereits 2019 untersuchte er mithilfe der üblichen EEG-Technologie und der KI die Hirnströme von bewusstlosen, hirnverletzten Patienten. Bei 15 Prozent entdeckte er Anzeichen dafür, dass es noch ein Bewusstsein gab.

Die Aufforderung, mit den Augen zu blinzeln oder die Zehen zu bewegen, konnten diese Patienten zwar nicht ausführen. In den EEG-Aufzeichnungen ihrer Hirnströme waren jedoch Aktivitäten zu erkennen, die darauf hinwiesen, dass sie versucht hatten, der Aufforderung zu folgen und ihre Muskeln zu bewegen.

Die Medizin spricht von einer kognitiv-motorischen Dissoziation (CMD). Die Hirnregionen für Denken und Handlungsplanung sind noch aktiv, doch die Signale erreichen die motorischen Zentren nicht mehr. Es zeigte sich, dass Patienten mit CMD eine höhere Wahrscheinlichkeit haben, das Bewusstsein wiederzuerlangen.

Eine routinemäßige CMD-Diagnostik ist noch nicht verfügbar, könnte aber eines Tages helfen, die Heilungschancen eines hirnverletzten Patienten abzuschätzen. „Wir haben gezeigt, dass das Erkennen verborgener Bewusstseinszustände ein enormes Potenzial für die Steuerung der Patientenversorgung birgt“, sagt Claassen.

Bewusstlose Patienten regulieren einen Piepton

In der aktuellen Studie ist Claassen nun noch einen Schritt weiter gegangen, indem er Patienten mit einem verborgenen Bewusstsein die Möglichkeit gegeben hat, auf eine Aufforderung tatsächlich zu reagieren. Dafür nutzte er EEG-Drähte, die ohnehin routinemäßig für die Überwachung eines bewusstlosen Patienten an dessen Kopf befestigt sind.

Über Kopfhörer wurde den Patienten ein Piepton vorgespielt. Und eine Stimme forderte sie auf, die Höhe des Pieptons durch Öffnen und Schließen der Hände zu steuern. Wie bei den vorangegangenen Versuchen hatten die Patienten den Impuls, die Hände zu bewegen.

Die dabei gemessenen Hirnströme wurden an einen Computer weitergeleitet, der Signale entsprechend umsetzte – und die Höhe des Pieptons erhöhte oder senkte. So lernten die Patienten, den Computer zu steuern – indem sie daran dachten, die Hände schließen oder öffnen zu wollen, und damit den Piepton veränderten.

Bereits wenige Tage nach einer schweren Hirnverletzung gelang es Patienten nach einer kurzen Trainingsphase, die Pieptöne zu kontrollieren. „EEG wird in der klinischen Praxis täglich auf der Intensivstation eingesetzt“, sagt Claassen. Der einzige anspruchsvolle Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle sei letztlich das neu entwickelte Computerprogramm, das die Daten in Echtzeit analysiert und das Feedback des Patienten übersetzt und umsetzt.

Die Forscher wollen die Möglichkeiten der Kommunikation nun noch weiterentwickeln. „Unser Ziel ist es, das System so zu verfeinern, dass die vermeintlich bewusstlosen Patienten ihren Ärzten und Angehörigen mitteilen können, wie es ihnen geht, ob sie etwa Schmerzen haben oder hungrig sind.“

Sollte das gelingen, könnte dies die Behandlung schwer hirnverletzter Menschen grundlegend verändern. Denn für viele Patienten, die bisher als unerreichbar galten, könnte erstmals ein direkter Kommunikationskanal zur Außenwelt entstehen.

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