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Medizin

Neuroprothese ermöglicht Affen komplexe Handbewegungen

Donnerstag, 19. April 2012

Chicago – US-Forscher haben eine sogenannte Neuroprothese entwickelt, die es Affen ermöglicht Gegenstände zu greifen und gezielt abzulegen. Die Experimente in Nature (2012; doi: 10.1038/nature10987) könnten Querschnittsgelähmten in Zukunft eine Perspektive zur Wiedererlangung motorischer Fähigkeiten eröffnen.

Die von den Forschern verwendeten Neuroprothesen bestehen zum einen aus einem Sensor, der auf die motorische Rinde des Cortex implantiert wird. Dort werden selektiv die Hirnströme von etwa hundert Hirnzellen abgeleitet. Aus den Informationen werden mithilfe eines Algorithmus Impulse generiert, die an den zweiten Bestandteil der Neuroprothese übermittelt werden. Es handelt sich um Elektroden, die durch eine sogenannte funktionelle elektrische Stimulierung (FES) genau jene Muskeln zur Kontraktion reizen, die normalerweise von den Neuronen der Hirnrinde dirigiert werden. Die Neuroprothese umgeht das Rückenmark und sie wäre deshalb für Querschnittsgelähmten interessant.

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Vor dreieinhalb Jahren hatten andere US-Forscher gezeigt, dass Affen mit einer durch Hirnströme gesteuerten Neuroprothese den Unterarm bewegen können (Nature 2008; 456: 639-642). Die Motorik war jedoch auf grobe Bewegungen, beispielsweise das Drehen im Handgelenk beschränkt. In der aktuellen Studie waren die Tiere erstmals in der Lage, einfache Aufgaben mit der Hand durchzuführen.

Vor der Anlage der Neuroprothese hatte die Gruppe um Lee Miller von der Feinberg School of Medicine in Chicago zwei Rhesusaffen beigebracht, kleine Bälle zu greifen und sie in das offene Ende einer Röhre fallen zu lassen. Dann wurden die Tiere in einer Operation an die Neuroprothese angeschlossen und die natürliche Nervenleitung in Medianus und Ulnaris durch ein Lokalanästhetikum unterbrochen.

Danach waren beide Tiere wieder in der Lage, die gelernten Greifübungen durchzuführen, berichtet Miller. Möglich wurde dies durch die ausgeklügelten Algorithmen der Hirn-Computer-Schnittstelle, die die Informationen innerhalb von nur 40 Millisekunden weiterleitete. Die Tiere waren laut Miller in der Lage die Griffstärke der Handmuskeln zu variieren, die Greifbewegungen sollen den natürlichen Bewegungen sehr nahe gekommen sein.

Das Fernziel ist die Entwicklung von Neuroprothesen für Querschnittsgelähmte, bei denen die Funktion der Muskeln und die Beweglichkeit der Extremitäten im Prinzip erhalten bleiben. Der zweite Teil der Neuroprothese, die Steuerung von Muskeln mittels FES, hat übrigens in den letzten Jahren bereits die Klinik erreicht. So berichteten Handchirurgen vom Klinikum der Universität München jüngst über den Einsatz einer Neuroprothese zur Behebung der Fußheberschwäche bei Schlaganfall-Patienten.

Das Gerät registriert per Drucksensor an der Sohle das Abheben des Fußes und aktiviert daraufhin über den Nervus peronaeus die Muskeln, die den Fuß heben. Die FES werden auch bei Hightech-Armprothesen verwendet, die die Patienten durch ein Zucken bestimmter Schultermuskeln steuern. Die Verbindung mit einer Hirn-Computer-Schnittstelle ist allerdings bisher nicht in klinischen Studien erprobt worden, da sich keine sinnvollen Bewegungen erzeugen ließen. Dies könnte sich mit der neuen Studie ändern. © rme/aerzteblatt.de

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