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Medizin

Handprothese vermittelt Gespür für „innere“ Bewegungen

Freitag, 16. März 2018

/Cleveland Clinic Center for Medical Art & Photography

Cleveland – US-Forscher haben eine Methode gefunden, mit der Armamputierte die Bewegungen ihrer Prothese erspüren können, was laut einem Bericht in Science Translational Medicine (2018; 10: eaao6990) die Kontrolle über die Bewegungen deutlich verbessert hat.

Moderne Armprothesen können heute viele Bewegungen von Hand und Fingern mit kleinen Motoren bewerkstelligen. Über Elektroden auf den Muskeln im Stumpf können die Patienten die Bewegungen sogar kontrollieren. Sie erhalten jedoch keine Rück­meldung von den Prothesen. Dies bedeutet, dass sie jede Bewegung beobachten müssen, was den praktischen Nutzen der Prothesen stark einschränkt. Viele Amputierte lehnen deshalb die „High Tech“-Prothesen ab. Sie bevorzugten einfache Modelle, die in den Bewegungen begrenzter sind, im Alltag aber schneller zu bedienen sind.

Gesunde Menschen können ihre Hände auch im Dunkeln benutzen. Ein innerer Sinn, Propriozeption genannt, informiert sie in Echtzeit über die Stellung der Hand, die Bewegungen der Finger und den Spannungsgrad der Muskeln. Der Bewegungsaspekt dieses 7. Sinnes wird auch als Kinästhesie bezeichnet.

Die für die Kinästhesie zuständigen Rezeptoren befinden sich in Muskeln und Sehnen. Seit Längerem ist bekannt, dass durch eine künstliche Vibration der Haut über der Sehne oder dem Muskel im Gehirn die Illusion einer Bewegung erzeugt werden kann.

Ein Team um Paul Marasco vom Lerner Research Institute in Cleveland/Ohio hat dieses Phänomen genutzt, um Bewegungen der Prothese in kinästhetische Informationen für das Gehirn umzusetzen. Alle 6 Patienten der Studie besaßen Spezialprothesen, deren Bewegungen sie mit dem Gehirn kontrollieren konnten. Dazu hatten sie sich einer Operation, der Targeted Muscle Reinnervation (TMR) unterzogen.

Bei dem Eingriff werden die Nerven, die früher die (jetzt verloren gegangenen) Muskeln für bestimmte Aktionen versorgt haben, auf andere noch vorhandene Muskeln übertragen. Über diesen Muskeln werden Sensoren platziert, die die elektrischen Signale (EMG) zur Steuerung der Prothese benutzen. So kann der Befehl „Hand schließen“ zur Kontraktion eines Brustmuskels führen, die dann über die Elektroden die Prothese tatsächlich zu einer Greifbewegung veranlasst.

Um den Patienten ein Feedback über die Bewegungen der Prothese zu vermitteln, wurden kleine Vibratoren auf der Haut über den Muskeln angebracht. Sie wurden bei entsprechenden Bewegungen der Prothese gestartet und vermittelten dem Gehirn der Probanden die Illusion einer Bewegung (gewissermaßen der nicht mehr vorhandenen Hand).

Bei 3 Probanden klappte dies recht gut. Alle 3 lernten laut Marasco innerhalb kurzer Zeit, die Bewegungssignale der Vibratoren in die Steuerung ihrer Armprothese zu integrieren. Bei Greifexperimenten wurden die Bewegungen flüssiger, selbst wenn die Amputierten die Prothese nicht sehen konnten.

Am besten waren die Ergebnisse jedoch, wenn die Probanden kinästhetisches und visuelles Feedback kombinieren konnten. Die Ergebnisse sind sicherlich nur ein erster Schritt. Sie könnten jedoch den Weg zu einer Technologie bahnen, die eines Tages die TMR um kinästhetische Signale ergänzt. Dies könnte die derzeit begrenzte Akzeptanz der Prothesen bei den Betroffenen verbessern. © rme/aerzteblatt.de

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