Finger-Prothese vermittelt Amputierten Tastgefühl

Lausanne - Ein Patient, dem vor zehn Jahren der Unterarm amputiert wurde, konnte mit einer künstlichen Fingerspitze zuverlässig Glätte und Rauheit von Oberflächen ertasten. Die in eLife (2016; doi: 10.7554/eLife.09148) vorgestellten Ergebnisse markieren einen weiteren Fortschritt in dem Versuch, armamputierten Menschen zu einem vollwertigen Ersatz der verlorenen Gliedmaßen zu verhelfen.

Eine Unterarmamputation schränkt nicht nur die motorischen Fähigkeiten ein. Auch der Verlust des Tastgefühls an den Fingern trägt maßgeblich zum Verlust an Lebensqualität bei. Denn ohne eine Rückmeldung an das Gehirn sind auch motorisierte Unterarm­prothesen nur ein begrenzter Gewinn. Weltweit wird deshalb an bidirektionalen Prothesen gearbeitet, die Sensorik und Feinmotorik kombinieren und dabei das Gehirn in die Steuerung der „bionischen“ Prothese einbeziehen.

Vor zwei Jahren konnte ein Team um Silvestro Micera von der École polytechnique fédérale de Lausanne bereits eine Unterarmprothese vorstellen, die dem Träger ein grobes Tastempfinden vermittelte und dadurch den Nutzen der Prothese deutlich erweiterte. Der Träger, ein Patient aus Dänemark, konnte damals mit verbundenen Augen erkennen, ob er eine weiche Tomate oder eine feste Kugel zwischen den Fingern hielt.

Jetzt haben die Forscher die Technik weiter verfeinert. Ihre neueste Entwicklung ist eine künstliche Fingerspitze, die unterschiedliche Texturen einer Oberfläche erkennen kann. Das MEMS „Micro Electro Mechanical System“ besteht aus vier piezoelektrischen Drucksensoren, die beim Streifen über eine Oberfläche aktiviert werden. Die elek­trischen Signale werden in Echtzeit an einen Computer übermittelt, der daraus eine Abfolge von Nervenimpulsen errechnet, die dem Patienten über eine Elektrode in den Oberarm übermittelt werden. Die Elektrode hatten Chirurgen aus Pisa dem Patienten über einen Abschnitt des Medianusnerven im Oberarm implantiert.

Die Sinnesempfindungen, die im Gehirn eintrafen, beschreibt der Patient als täuschend echt. Er habe die Berührung mit der Zeigefingerspitze seiner Phantom-Hand wahrgenommen, berichtet der Patient. Er erkannte zu 96 Prozent, ob der künstliche Finger über eine glatte oder raue Oberfläche gestrichen wurde. Auch in einer EEG-Ableitung erzeugten die Signale aus dem künstlichen Finger eine nach Einschätzung der Forscher biologisch plausible Aktivität. Die Elektroden wurden dem Probanden, wie es die Gesetze in der EU verlangen, inzwischen wieder explantiert.

Doch eine Operation ist möglicherweise gar nicht notwendig. Die Signale konnten auch perkutan durch kleine Elektroden übertragen werden, die ein in der Mikroneurographie versierter Neurologe vier gesunden Menschen in die Haut oderhalb des Medianus­nerven stach. Die Probanden waren zu 77 Prozent in der Lage, die Textur zu erkennen, über die der künstliche Finger strich, den sie natürlich nicht zu sehen bekamen. 

Die Experimente befinden sich noch im Stadium der Grundlagenforschung. Ob und wann Unterarmprothesen mit entsprechenden Sensoren ausgestattet werden, dürfte auch davon abhängen, ob es gelingt die Technik soweit zu miniaturisieren, dass sie alltagstauglich einsetzbar ist.

rme