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Cyborg-Prothesen : Fühlt sich gut an

Bild: F.A.Z., Science Translational

Amputierte Menschen bekommen Prothesen, die vom Gehirn gesteuert werden und ihnen das Gefühl in den Fingern wieder geben. Als wäre es ihre eigene Hand, sagen sie. Mancher spürt sogar Gänsehaut auf der Roboterhand.

          Mit ihrer Roboterhand können sie den Stiel von der Kirsche pflücken, rohe Eier auspacken und den Aufhänger an den Sattelschlepper montieren. Und mit etwas Übung kann einer von ihnen sogar mit seiner Prothese einen Lappen auffangen, der ihm zugeworfen wird. Für Amputierte, das zeigen die drei Beispiele, über die in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Science Translational“ berichtet wird, werden sich in den nächsten Jahren neue Bewegungsfreiheiten ergeben - und alte, längst verloren geglaubte Welten neu erschließen.

          Joachim Müller-Jung

          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          So wie bei jenem Lastwagenfahrer aus Nordschweden, dem vor zehn Jahren nach einem Unfall ein Arm abgenommen werden musste. Rickhard Branemark vom Sahlgrenska University Hospital in Göteburg und die Prothesenfachleute von der Technischen Universität Chalmers konstruierten für den Truckfahrer einen maßgeschneiderten künstlichen Arm. Im Januar 2013 wurde der Roboterarm montiert, aber nicht etwa an die Gliedmaßen angefügt, wie das bei herkömmlichen Prothesen der Fall ist, sondern regelrecht einpflanzt.

          Ein Titanimplantat, das im Knochen verankert wurde, und diverse Elektroden, die an Muskeln und an die verbleibenden Oberarmnerven und Muskeln elektrisch gekoppelt wurden, bilden das Kernstück der Prothese. Entscheidend dabei: Die Prothese ist fester Bestandteil des Körpers, wird Tag und Nacht getragen. Die künstlichen Gelenke werden mit entsprechendem Training allein vom Gehirn aus über Muskeln und Nerven direkt gesteuert. Statt wie bei anderen Cyborg-Konstruktionen, die mit auf der Haut befestigten Chips und Elektroden kontrolliert - und eher grobmotorisch bewegt - werden, werden die Elektroden direkt an Nervenstränge und Muskeln angeschlossen.

          Prototyp: Handprothese mit Tastsensoren und Elektroden

          Der eigentliche Clou der neuen Mensch-Maschine-Interfaces ist allerdings ein erweiterter sensorischer Mechanismus, den ein Team amerikanischer Forscher um Dustin Tyler von der Case Western University in Cleveland/Ohio inzwischen zwei Jahre lang ohne Einbußen funktionstüchtig halten konnte: Die Drähte vom Arm zu den Fingern können nämlich nicht nur Befehle erhalten und an die Gelenke weiterleiten, sie senden Signale auch zurück ins Gehirn - Tastsignale. Mit anderen Worten: Die Amputierten können mit ihren Kunsthänden kommunizieren, sie können fühlen und reagieren. „Das war bisher die fehlende Verbindung“, meint der schwedische Ingenieur Max Ortiz Catalan. Der Tastsinn war schon vorher versuchsweise in Prothesen  integriert worden, doch die Sensibilität ging nach einigen Wochen oft schon verloren. Die Mensch-Maschine-Verbindung der Amerikaner verhindert das offenbar.

          Trucker mit eingepflanzter Prothese.

          Igor Spetic, einer der beiden amerikanischen Patienten, verlor seine Hand vor vier Jahren. Nach seiner Genesung, ebenfalls Anfang 2013, haben die Wissenschaftler der Case Western University die Nervenstränge im Arm des Mannes präpariert: Um die Nerven, die die Finger bedienen, wurden elektrisch leitende Manschetten gelegt - drei Elektroden mit 19 Manschetten im Unterarm und zwei Elektroden mit 16 Manschetten im Oberarm.  

          Auf diese Weise hat Spetic nicht nur die erhoffte Beweglichkeit und das Gefühl in seine Finger wieder erhalten, er habe, so schreiben die Forscher, die Hand als seine eigene akzeptiert. Keith Vonderheuvel, ein zweiter Patient Tylors, spürt angeblich sogar Gänsehaut, wenn er mit einem Baumwollknäuel auf dem Arm berührt wird. Die Sensibilität kann zudem über die Elektroden an einem Computer gesteuert werden. „Es war manchmal, als würde Wasser meinen Arm herunterlaufen.“ Die Erfahrung einer „eigenen“ Roboterhand hat offenbar darüber hinaus auch noch dazu geführt, dass die Phantomschmerzen der Patienten nahezu vollständig verschwunden sind. Ein nicht zu unterschätzender Gewinn an Lebensqualität für die Unfallopfer.

          Ganz neues Feingefühl: Amerikanische Forscher haben zwei Jahre lang die Prothese mit Tastsinn getestet.

          „Die sensorische Rückkopplung, schreibt die Prothesenexpertin Dario Farina vom Bernstein-Zentrum in Göttingen in ihrem Kommentar, „sollte zu einem festen Bestandteil werden, schon wegen der Akzeptanz der Prothese durch den Patienten.“ Trotzdem: Die Studien mit fortgeschrittenen Prothesen in Schweden, Nordamerika und anderswo sind bislang auf wenige Fälle beschränkt, sie sind Laborstudien und alles andere als medizinische Routine. Auch Farina und ihr Kollege Askar Aszmann sehen Verbesserungsbedarf in der Steuerung, der Kraftausübung und der Feinmotorik der Prothesen. Dennoch werde mit den beschriebenen Fällen der Weg geebnet, „die bionischen Prothesen bei einer größeren Zahl von amputierten Patienten einzusetzen.“

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