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Seit fast 17 Jahren kann Cathy Hutchinson aus der Nähe von Boston im US-Bundesstaat Massachusetts sich nicht bewegen. Nicht einmal ihren Arm kann die 60-jähirge Frau heben, seit sie infolge eines Schlaganfalls querschnittsgelähmt ist. Dass sie es dennoch vor gut zwei Jahren schaffte, sich zum ersten Mal selbst einen Kaffee zu servieren, verdankt sie der Kraft ihrer Gedanken und dem Erfindungsreichtum eines deutsch-amerikanischen Forscherteams. Allein durch ihre Vorstellung gelang es ihr, einen Roboterarm so zu steuern, dass er erst eine Trinkflasche griff und diese zu ihrem Mund führte.

Eine damals in der Presse viel zitierte Geschichte, der man allerdings auch einen anderen Dreh geben kann: Cathy Hutchinson ist ein menschlicher Cyborg - zumindest, wenn man sich streng an die wissenschaftliche Definition hält: Der Begriff ist ein Akronym, leitet sich vom englischen cybernetic organism ab und bezeichnet damit eine Kopplung aus lebenden Organismus und Maschine. Genau wie bei Cathy Hutchinson: Die neuronalen Signale ihres Gehirns, die sie bei dem Gedanken erzeugte, wurden von einem kleinen Sensor aufgefangen, den die Forscher zuvor in ihren Kopf implantiert hatten. Ein Computer wandelte die Signale dann mithilfe einer speziellen Software in Steuerungsbefehle für den Greifarm um.

Dass man vor den real existierenden Cyborgs anders als vor denen der Science-Fiction-Filmen keine Angst haben muss, das betont Christof Niemeyer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er hat kürzlich in einem Übersichtsartikel mit dem Titel "Chemie der Cyborgs" in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie den Stand der Forschung zusammengefasst. Im Gegenteil: Die Verbindung des menschlichen Körpers mit moderner Elektronik rette sogar Leben. Beispiel Herzschrittmacher: Betrachtet man dessen Funktionsweise genauer, wird deutlich, dass hier nicht der Mensch die Elektronik steuert - so wie die querschnittgelähmte Patientin ihre Prothese - sondern die Elektronik den Menschen. Durch elektronische Impulse wird der Herzmuskel im Menschen stimuliert und zur Kontraktion angeregt. "Systeme, die Signale in Nerven, Muskeln oder direkt ins Gehirn einspeisen, sind längst im alltäglichen Gebrauch", sagt Niemeyer. Neben dem Herzschrittmacher sind das zum Beispiel Systeme der Tiefen Hirnstimulation: Dabei gibt ein implantiertes Gerät elektronische Impulse ab, und zwar in das Gehirn des Patienten. Auf diese Weise können neuronale Schaltkreise beeinflusst werden, die Bewegungsstörungen verursachen, wie sie etwa bei der Parkinson-Krankheit oder Epilepsie auftreten. Krankheitssymptome wie Zittern oder Steifigkeit lassen so nach. Was genau bei der Stimulation im Gehirn dieser Patienten geschieht, ist bislang jedoch wissenschaftlich nicht geklärt.

Fest steht: Hier arbeitet eine Technik, die den Menschen, zumindest einige seiner Funktionen, kontrolliert: Vielleicht sind die Computer gesteuerten Wesen, die wir aus dem Kino kennen, doch keine so abwegige Vorstellung? Niemeyer winkt ab: "Die eingesetzten Signale sind viel zu schwach und ungezielt, um einen gesamten Organismus zu kontrollieren", sagt er. Dazu seien Wissenschaft und Technik auch gar nicht in der Lage und die Gehirne der meisten Lebewesen viel zu komplex.

Dennoch: Genau wegen solcher irreleitenden Negativ-Assoziationen hält manch anderer Wissenschaftler wenig davon, den Begriff Cyborg überhaupt für Menschen zu verwenden. Der Medizinethiker Jens Clausen von der Universität Tübingen etwa. "Auch wenn manche Menschen heute im technischen Sinne als Cyborgs gelten mögen, suggeriert der Begriff doch eine Bedrohung", sagt er. Der Träger eines Herzschrittmachers sei eben kein Zwitter aus Lebewesen und Elektronik wie Cyborgs aus Science-Fiction-Welten. "Er bleibt ein Mensch - mit all seinen Rechten."

Damit eine gelähmte Patientin eine Prothese steuern kann oder ein Herzschrittmacher funktioniert, sind Kenntnisse aus vielen verschiedenen Disziplinen gefragt. "Eine wichtige Rolle spielt dabei die Chemie, die neue Ansätze dafür liefert, die Verknüpfung von technischem Implantat und natürlichem Gewebe zu verbessern", erklärt Christof Niemeyer. Der Chemiker leitet am KIT das Institut für Biologische Grenzflächen, an dem er mit seinem Team spezielle Oberflächenbeschichtungen entwickelt. Diese Beschichtungen sollen sich gezielt mit Zellen verbinden können, gleichzeitig Krankheitserreger abstoßen und sich dynamisch ans Gewebe anpassen. Außerdem arbeiten die Forscher daran, die künstlichen Systeme auf die minimalen Größenabmessungen menschlicher Zellen zu schrumpfen. "Wenn es gelingt, die Grenzflächen zu verbessern und die Größenskalen der Elektronik zu verfeinern, sollte dies die Qualität der Signale verbessern und die Bewegungen gezielter kontrollierbar machen", sagt Niemeyer.

Dass in der Cyborg-Forschung große Möglichkeiten stecken, glaubt auch der Tübinger Medizinethiker Clausen: "Ich sehe in der Technik keine Bedrohung. Ich hoffe, dass wir das therapeutische Potential noch mehr ausschöpfen können, um schwer kranken Menschen zu helfen." Die Fernsteuerung eines Menschen in seinem Willen, davon ist Clausen überzeugt, werde weder eines Tages technisch möglich noch zulässig sein.

Bei niederen Organismen wie Insekten sieht das anders aus: Wissenschaftlern ist es bereits gelungen, tierische Cyborgs zu entwickeln, die durch ferngesteuerte Signale ein bestimmtes Bewegungsprogramm wie Fliegen oder Laufen ausführen. Solche Insektencyborgs könnten künftig etwa als Miniaturflugobjekte für Überwachungseinsätze oder Such- und Rettungsmissionen in lebensbedrohlichen Umgebungen dienen. Was wiederum nach Science Fiction klingt. Diesmal allerdings der positiven Art.

Chemie der Cyborgs

Zusammen mit Stefan Gieselbrecht und Bastian Rapp vom KIT erörtert Christof Niemeyer in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" in einem Übersichtsichartikel den aktuellen Stand der Forschung zur "Chemie der Cyborgs" und betrachtet Chancen und Risiken. (DOI: 10.1002/ange.201307495) Die "Angewandte Chemie" gilt als weltweit wichtigste Zeitschrift für chemische Forschung und besteht seit 125 Jahren. Im Abschlussheft des Jubiläumsjahrgangs ist der Artikel der KIT-Wissenschaftler über Cyborgs als Titelthema erschienen.

Für die Entwicklung einer neuartigen Armprothese, die Querschnittsgelähmte mit Hilfe ihrer Gedanken bewegen können, erhielten Prof. Dr. Patrick van der Smagt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Prof. Dr. John P. Donoghue von der Brown University, USA, den Erwin-Schrödinger-Preis 2012. In dem folgenden Video erklären sie, wie der künstliche Arm funktioniert.