Virtual-Reality-vermittelte Gehirn-Computer-Schnittstellen-Schulung verbessert sensomotorische Neuromodulation bei Gesunden und Personen mit Rückenmarksverletzung

Wieder gehen — zumindest im Kopf

Für Menschen, die nach einer Rückenmarksverletzung gelähmt sind, erscheint die Vorstellung, wieder gehen oder Fahrrad fahren zu können, oft unerreichbar. Diese Studie untersucht eine andere Art von Wiederherstellung: das Gehirn selbst mittels Virtual Reality und einer Gehirn-Computer-Schnittstelle umzuschulen. Indem Freiwillige und Personen mit Rückenmarksverletzungen gebeten wurden, sich vorzustellen, ihre Beine zu bewegen, während sie durch einen üppigen virtuellen Wald reisten, zeigen die Forschenden, dass das Gehirn lernen kann, klarere Bewegungssignale zu senden — selbst wenn der Körper sich nicht bewegen kann.

Eine digitale Brücke zwischen Gehirn und virtueller Welt

Das Forschungsteam entwickelte ein System, das Gehirnaktivität mit einer virtuellen Welt verbindet. Die Teilnehmenden trugen eine Kappe mit trockenen EEG-Sensoren, die winzige elektrische Signale von der Kopfoberfläche erfassten, sowie ein VR-Headset, das einen Waldpfad zeigte. Gesunde Probanden sahen eine gehende Avatar-Perspektive in der Ich-Ansicht, als würden sie durch die eigenen Augen schauen, während Personen mit kompletter Rückenmarksverletzung sich selbst auf demselben Weg radfahrend sahen. Wenn die Teilnehmenden entspannten, blieb die Avatar-Figur stehen. Wenn sie sich lebhaft vorstellten zu gehen oder zu radeln, dekodierte ein Rechner ihre Hirnsignale und bewegte die Avatar-Figur in Echtzeit vorwärts, löste zudem Geräusche aus und, bei der Gruppe mit Rückenmarksverletzung, eine sanfte Muskelstimulation, die über elektrische Impulse an den Beinen verabreicht wurde.

Das Gehirn wie einen Muskel trainieren

Das Erlernen der Kontrolle dieser Gehirn-Computer-Schnittstelle erfolgte nicht sofort; es erforderte Übung, ähnlich wie beim Erlernen einer Sportart oder eines Musikinstruments. Gesunde Freiwillige absolvierten 15 Trainingssitzungen an verschiedenen Tagen, jede von etwa einer Stunde Dauer. Jede Sitzung begann mit einer Kalibrierungsphase, in der das System dem Gehirn „zuhörte“, während die Person zwischen Entspannung und der Vorstellung vom Gehen wechselte. Der Rechner erstellte dann ein neues Modell, um diese beiden Zustände zu unterscheiden. Nach der Kalibrierung folgten längere Durchläufe, in denen die Teilnehmenden Audiohinweisen folgten, entweder zu entspannen oder für eine volle Minute kontinuierlich das Gehen vorzustellen, wobei die Bewegung der Avatar-Figur die dekodierte Gehirnaktivität widerspiegelte. In einer separaten Freikontrollphase versuchten sie, die Avatar-Figur innerhalb von fünf Minuten so viele selbstinitiierte Schritte wie möglich ausführen zu lassen, ohne externe Hinweise.

Klarere Hirnsignale und bessere Kontrolle

Im Laufe der Zeit erzeugten die Gehirne der Teilnehmenden verlässlichere Muster, wenn sie sich Bewegung vorstellten im Vergleich zum Ruhen. Die Forschenden maßen, wie deutlich und stabil diese Muster waren, mithilfe mathematischer Werkzeuge, die nicht von einem einzelnen Dekodieralgorithmus abhängen. Über die Sitzungen hinweg verbesserten sich diese Kennzahlen, was zeigt, dass die Teilnehmenden tatsächlich lernten, ihre Gehirnaktivität zu formen. Dieses Lernen führte zu besserer Kontrolle: Bei gesunden Personen stieg die Genauigkeit des Rechners, „Gehen“ von „Entspannen“ zu unterscheiden, von etwa 60 Prozent in frühen Sitzungen auf rund 80 Prozent in späteren. In Freikontrollversuchen mehr als verdoppelte sich die Anzahl korrekt dekodierter Schritte. Auch Personen mit lang bestehender, motorisch und sensorisch kompletter Rückenmarksverletzung — die ihre Beine weder bewegen noch fühlen können — zeigten bedeutende Verbesserungen. Ihre Klassifikationsgenauigkeit stieg von ungefähr dem hohen 50-Prozent-Bereich auf über 70 Prozent, während sie lernten, klarere „Radfahren versus Entspannen“-Hirnsignale zu erzeugen, begleitet von VR-Feedback und Beinmuskelstimulation.

Warum Virtual Reality wichtig ist

Die immersive VR-Umgebung scheint eine Schlüsselrolle zu spielen. Allein das Beobachten eines realistischen Körpers, der synchron mit den eigenen vorgestellten Aktionen bewegt wird, kann Hirnnetzwerke aktivieren, die an Bewegung und Körperwahrnehmung beteiligt sind. Die Waldumgebung, die Ich-Perspektive und subtile Geräusche machen die Erfahrung ansprechender als das Starren auf einfache Symbole auf einem Bildschirm. Für die Teilnehmenden mit Rückenmarksverletzung hat die zusätzliche elektrische Stimulation, die ihre Beine in der realen Welt bewegte und mit ihren Gehirnbefehlen verknüpft war, vermutlich die Verbindung zwischen Intention und Rückmeldung verstärkt. Obwohl die Studie keine Nicht-VR-Kontrollgruppe enthielt, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Kombination aus reichhaltigem sensorischem Feedback, spielerischer Gestaltung und wiederholtem Training dem Gehirn hilft, seine interne „Bauplan“-Vorstellung von Bewegung zu verfeinern.

Schritte in Richtung zukünftiger Rehabilitation

Für Laien ist die zentrale Botschaft, dass das Gehirn anpassungsfähig bleibt, selbst Jahre nach einer schweren Verletzung. Indem sie das vorgestellte Gehen oder Radfahren in einer virtuellen Welt übten, die sofort auf ihre Gedanken reagierte, lernten sowohl gesunde Personen als auch solche mit kompletter Rückenmarksverletzung, präzisere Bewegungssignale zu senden, die ein Computer verstehen konnte. Diese Arbeit stellt nicht für sich genommen das Wiedererlangen des Gehens in der realen Welt dar. Sie stärkt jedoch die Gehirnkreise, die Bewegung zugrunde liegen, und zeigt, dass kostengünstige, trockene Elektroden-Headsets und Konsumenten-VR langfristiges Training unterstützen können. Zukünftig könnten ähnliche Systeme mit robotischen Exoskeletten oder fortgeschrittener elektrischer Stimulation kombiniert werden, um diese verbesserten Hirnsignale in reale, funktionale Bewegungen außerhalb der virtuellen Realität zu übertragen.

Zitation: Mannan, M.M.N., Palipana, D.B., Mulholland, K. et al. Virtual reality mediated brain-computer interface training improves sensorimotor neuromodulation in unimpaired and post spinal cord injury individuals. Sci Rep 16, 6215 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36431-3

Schlüsselwörter: Virtual-Reality-Rehabilitation, Gehirn-Computer-Schnittstelle, Motorisches Imaginationstraining, Rückenmarksverletzung, Neuroplastizität