Mit Nerven verbunden

Forscher entwickeln Prothesen mit feinem Tastsinn

(Bild: Russell Lee)

Handprothesen mit viel Fingerspitzengefühl haben amerikanische und schwedische Forscher entwickelt. Dabei nutzten sie neuartige Verschaltungen zwischen den Prothesen und den vorhandenen Nerven im amputierten Arm der Patienten. Die Wissenschaftler konnten so deren Gespür für Gegenstände deutlich verbessern.

Das amerikanische Team um Daniel Tan und Matthew Schiefer von der Case Western Reserve Universität in Cleveland nutzte eine elektronische Manschette, mit der sogenannte Neuroprothesen an das Nervensystem des Trägers angeschlossen wurden. Drei solcher Manschetten im Arm reichten aus, um einem Patienten Gefühle von 19 verschiedenen Stellen seiner künstlichen Hand zu übermitteln (siehe Video auf YouTube).

Stark verbesserte Feinmotorik
Ein Patient konnte im Experiment damit etwa unterscheiden, ob er einen Wattebausch oder Sandpapier berührt. Außerdem verbesserte sich die Feinmotorik. So ließ sich mit der Prothese eine Weintraube von einer Rispe abpflücken, ohne sie zu zerquetschen. Es gelang damit auch, eine Kirsche unbeschädigt von ihrem Stil abzuzupfen.

Das Team entwickelte für die Prothese Algorithmen, die die Berührungsinformation von den Sensoren der Prothese in vielfältige elektronische Signale umwandeln. Die Signale werden an die Nerven weitergeleitet und rufen verschiedene Empfindungen hervor. Anders als bei einigen älteren Prothesen blieb die hohe Empfindsamkeit zudem langfristig erhalten.

Die Nutzer der neuen Prothesen berichteten außerdem von verringertem Phantomschmerz im fehlenden Arm und von einem deutlichen Gefühl der Verbundenheit mit den künstlichen Gliedmaßen. Sie gaben an, erstmals seit dem Unfall "ihre" Hand zu spüren, berichten die Wissenschaftler im Fachjournal "Science Translational Medicine".

Forscher verankern Prothese im Knochen
Die Gruppe schwedischer Forscher um Max Ortiz Catalan von der Universität Göteborg verfolgt einen anderen Ansatz: Sie entwickelte eine Armprothese, die im Knochen des Oberarms verankert ist und im Inneren des Arms direkt an Muskeln und Nerven anschließt. Diese enge Verbindung zwischen Körper und Prothese ermöglicht dem Patienten eine größere Beweglichkeit, eine einfachere Handhabung des künstlichen Arms und eine erhöhte Empfindsamkeit.

Die Prothese von Tan und seinen Kollegen wurde an zwei, die vom schwedischen Team an einem Patienten erprobt. Dabei trugen die Probanden die Prothese bis zum Einreichen der Studie bereits bis zu zwei Jahre lang. Und immer noch lieferten die künstlichen Gliedmaßen gute sensorische Rückmeldungen an das Gehirn des Trägers. "Eine verlässliche Kommunikation zwischen der Prothese und dem Körper war das fehlende Glied zu einer klinischen Anwendung von neuronaler Steuerung und sensorischer Rückmeldung, und die gibt es nun", sagte Ortiz Catalan.

Hoffnungen auf dauerhaft tragbare Neuroprothesen
In einem begleitenden Kommentar erläutern Dario Farina von der Universität Göttingen und Oskar Aszmann von der Medizinischen Universität Wien die Bedeutung der neuen Ergebnisse. Bisher gebe es keine marktgängigen Prothesen, die Empfindungen befriedigend wiedergeben.

Die vorliegenden Studien - zu insgesamt erst drei Patienten - liefern demnach die ersten langfristigen Erfolge und wecken damit Hoffnungen auf dauerhaft tragbare Neuroprothesen. Dennoch bedürfe es weiterer Studien, um den tatsächlichen Nutzen der sensorischen Rückmeldungen für die Ausführung verschiedener feinmotorischer Aktivitäten nachzuweisen, betonten Farina und Aszmann.