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Medizin

Brain-Com­puter-Interface: Querschnitt­gelähmter macht erste Schritte am Rollator

Donnerstag, 24. September 2015

Irvine – US-amerikanische Bioingenieure haben ein Brain-Computer-Interface ausge­tüftelt, das Querschnittgelähmten eine selbstbestimmte Mobilität auf den eigenen Beinen ermöglichen soll. Laut einer Publikation im Journal of NeuroEngineering and Reha­bilitation (2015: doi: 10.1186/s12984-015-0068-7) gelang es dem ersten Patienten, sich mit einem Rollator einige Meter fortzubewegen.

Der 26 Jahre alte körperlich fitte Proband hatte eine Querschnittlähmung auf Höhe des sechsten Brustwirbels im Schweregrad ASIA B erlitten. Er hatte keine Muskelfunktion unterhalb der Rückenmarkschädigung, die Sensibilität war nur eingeschränkt vorhanden. Um ihn wieder mobil zu machen, kombinierte das Team um An Do von der Universität von Kalifornien in Irvine ein bereits kommerziell erhältliches sogenanntes FES-System mit einem neu entwickelten Brain-Computer-Interface.

Das FES-System besteht aus einem Steuergerät und vier Hautelektroden. Diese werden an beiden Beinen befestigt und ihre sequentielle Stimulierung soll dann eine Schrittfolge auslösen. Zunächst wird an einem Bein am Oberschenkel eine Elektrode aktiviert. Sie stimuliert den Nervus femoralis, der die Strecker am Kniegelenk aktiviert. Der Proband kann dadurch auf einem Bein stehen, wobei er allerdings nur mithilfe des Oberkörpers und mit festen Griffen am Rolltor das Gleichgewicht halten kann.

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Im zweiten Schritt wird eine Elektrode aktiviert, die sich unterhalb des Knies oberhalb des Nervus peroneus profundus befindet. Dieser Nerv versorgt Teile der Haut sensorisch und die Fuß- und Zehenheber motorisch. Die Stimulation des Nervus peroneus profundus löst einen Dreifachreflex aus bestehend aus Dorsiflektion des Fußes, Beugung im Knie und Hüftbeugung. Wenn der Proband dabei das Gewicht leicht nach vorne verlagert, kann er das freie Bein nach vorne schwingen. Es wird dann zum neuen Standbein, an dem sich die Sequenz wiederholt. 

Dieses von den Erfindern Parastep genannte System kann über einen Schalter am Rollator gesteuert werden, den der Proband mit einem Finger betätigt. In den aktuellen Experimenten sollte diese Aufgabe jedoch das Brain-Computer-Interface übernehmen. Der Proband trug eine Mütze mit EEG-Elektroden. Die Signale wurden drahtlos per Bluetooth an einen Rechner übermittelt, der dann – wiederum drahtlos – das FES-System steuern sollte. Um die passenden EEG-Signale zu erzeugen, trainierte der Proband zunächst am Rechner. Dort musste er mit seinen Gedanken eine Figur, einen sogenannten Avatar dazu bringen, zu gehen oder stehen zu bleiben. Die bei diesen beiden Aktionen über das EEG aufgefangenen Signale sollten später die Schrittfolge mit dem FES-System am Rollator auslösen. 

Dies wurde zunächst in einem „suspended walking“-Test erprobt, bei dem der Proband an einem Seil aufgehängt war. Als er hier die Schrittfolge beherrschte, gingen die Forscher zu einem „Overground walking“-Test über. Der Proband war weiter durch das Seil gesichert. Es war jedoch nicht gespannt, und der Proband musste sein gesamtes Gewicht mit den Armen am Rollator und den FES-gesteuerten Beinen tragen. Oberhalb der Knöchel trug er Bänder mit Gyroskopen, die ein Stolpern registrieren sollten, was das sofortige Spannen des Seils zur Folge hatte.

Unter diesen Laborbedingungen gelang es dem Probanden in der 20. Übungsstunde schließlich, die ersten Schritte zu absolvieren. Im Verlauf von 19 Wochen erlangte er dann nach und nach immer mehr Kontrolle über seine Bewegung. Am Ende konnte er die gesamte Gehstrecke von 3,66 Metern zurücklegen, ohne dass der Physiotherapeut eingreifen musste oder der Seilzug aktiviert wurde.

Das System dürfte damit noch weit von einem klinischen Einsatz entfernt sein, und es erscheint fraglich, ob es jemals eine Bewegung außerhalb eines Übungszentrums ermöglichen wird. Der Studienleiter Zoran Nenadic denkt jedoch bereits darüber nach, die Elektroden-Mütze durch ein Hirnimplantat zu ersetzen. Er hofft, dass dadurch die Steuerung des FES-Systems verbessert werden kann. Darüber hinaus könnte ein solches Implantat dem Gehirn auch Information von den Beinen an das Gehirn liefern, um das Gehgefühl des Probanden zu verbessern. © rme/aerzteblatt.de

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