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Medizin

Tetraplegiker steuert Roboter-Arm mit Gedanken

Freitag, 22. Mai 2015

Erik Sorto mit seinem Roboter-Arm, der von Keck Medicine of USC impkantiert wurde (Photo/Spencer Kellis, Caltech)

Pasadena – Ein 32-jähriger Amerikaner, der seit zehn Jahren an Armen und Beinen gelähmt ist, kann über ein Implantat im Assoziationskortex des Parietallappens einen Roboter-Arm steuern und einfache Dinge verrichten, wie einen Cursor auf einem Bildschirm mit dem Finger verfolgen oder aus einem Glas durch einen Strohhalm trinken, wie die Forscher in Science (2015; 348: 906-910) berichten.

Es ist seit längerem möglich, die EEG-Signale der Großhirnrinde aufzufangen und mittels eines Computers in Bewegungen eines Roboters umzusetzen. Bisher wurden dazu meistens Signale aus dem Gyrus praecentralis genutzt, dem Sitz des Motorcortex mit seiner bekannten topographischen Gliederung, dem „Homunkulus“. Auf diese Weise lassen sich die Bewegungen einzelner Muskeln nachahmen, nicht aber komplexe Bewegungen. Diese entstehen in den Assoziationsfeldern des parietalen Cortex.

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Experimente an nicht-menschlichen Primaten haben in den letzten Jahren gezeigt, dass diese Bereiche für die Planung gezielter Bewegungen zuständig sind. Die Forscher konnten an den gezielten EEG-Ableitungen vorhersagen, welche Bewegungen die Affen als nächstes durchführen würden. Später lernten die Affen sogar auf diese Weise, einen Cursor auf einem Bildschirm zu bewegen.

Um die Ableitungen für komplexe Bewegungen zu nutzen, benötigte das Team um Richard Andersen vom California Institute of Technology in Pasadena jedoch einen menschlichen Probanden. Sie fanden ihn in einem 32-jährigen Mann, der nach einer Rückenmarksverletzung auf Höhe C3-C4 der Halswirbelsäule seit zehn Jahren weder Arme noch Beine bewegen kann. Die Neurochirurgen überredeten den Mann, sich in einem stereotaktischen Eingriff zwei 4 mal 4 Millimeter große Metallplatten auf die Hirnhaut platzieren zu lassen, die jeweils 96 Elektroden enthielten.

Eine Platte wurde auf dem Lobulus parietalis superior („putative human area 5d“) befestigt, dort befinden sich die Assoziationsfelder für „Zeigebewegungen“. Die zweite Platte wurde in gewisser Entfernung auf der „anterior intraparietal area“ befestigt. Hier hatten frühere Untersuchungen die Assoziationsfelder für „Greifbewegungen“ geortet. Die Elektroden sind durch eine Schädelöffnung über Kabel mit einem Computer verbunden, die die EEG-Signale auswerten und in Steuerbefehle für eine Roboterhand umsetzen.

Bereits 16 Tage nach der fünfstündigen Operation unternahm der Patient in einem Reha-Zentrum die ersten Bewegungen. Zunächst waren sie relativ unkontrolliert, doch nach und nach lernte der Patient, seine Absichten in gezielte Bewegungen der Roboterhand umzusetzen. Heute kann er unter anderem anderen Menschen die Hand schütteln oder aus einem Glas trinken, ohne den Inhalt zu verschütten. Durch Zeigebewegungen des Arms kann er einen Cursor auf einem Bildschirm steuern und in einem primitiven Computerspiel gezielte Aufgaben erledigen.

Von einem Nutzen im Alltagsleben ist die Entwicklung der „Neuroprothesen“ sicherlich noch weit entfernt und die offene Verbindung zum Gehirn ist für den Probanden mit einem ständigen Infektionsrisiko verbunden. Dem Kommentator Andrew Pruszynski von der Western University in London/Ontario erscheint es jedoch vorstellbar, dass die Signale in Zukunft von einem Gerät von der Größe eines Herzschrittmachers aufge­fangen und dann drahtlos an einen Roboter übermittelt werden. Das Repertoire der Bewegungen wäre dann letztlich von der genauen Platzierung der Elektroden im Gehirn und der Leistungsfähigkeit des Computers abhängig. © rme/aerzteblatt.de

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