Virtual Reality

VR-Training gibt Gelähmten wieder Gefühl zurück

(Bild: duke.edu/AASDAP/Lente Viva Filmes)

Am Anfang ging es beim "Walk Again"-Projekt nur darum, ein Hirn-gesteuertes Exoskelett zu entwickeln, mit dem Querschnittgelähmte laufen sollten. Nun berichten die Forscher von einem erstaunlichen Nebeneffekt: Die acht am Projekt beteiligten Gelähmten konnten nach einem Jahr Training in der virtuellen Realität wieder etwas fühlen und die Muskeln ein klein wenig bewegen.

Gehirn-Maschinen-Schnittstellen (BMI) sollen es Gelähmten ermöglichen, Roboterprothesen zu bewegen. Beim "Walk Again"-Projekt unter der Leitung der amerikanischen Duke University ging es zunächst genau darum: Ein gehirngesteuertes Exoskelett, das Beine und Oberkörper von Querschnittgelähmten umschließt, soll helfen, den Rollstuhl stehen zu lassen und selbst zu gehen.

Die Arbeit daran hat bei einigen der am Projekt beteiligten Querschnittgelähmten jedoch einen überraschenden Effekt hervorgebracht: Sie gewannen ein wenig Gefühl und Muskelkontrolle zurück. Bei den meisten verbesserte sich zudem die Kontrolle über Blasen- und Darmfunktion und machte sie etwas weniger abhängig von Kathetern und Abführmitteln, wie die Forscher im Fachblatt "Scientific Reports" berichten.

(Bild: Shawn Rocco/ Duke Health)

Langwierige Entwicklung
In BMI-Prothesen steckt eine langwierige Entwicklung, und ihr Gebrauch erfordert Training. Aus den vielen Hirnsignalen des Nutzers müssen die relevanten herausgefiltert und in die Bewegung des Exoskeletts übersetzt werden. Das internationale Forscherteam um Miguel Nicolelis von der Duke University, zu dem auch Forschende der ETH Lausanne gehören, arbeitet dafür mit acht Patienten zusammen, die nach Verletzungen des Rückenmarks viele Jahre zuvor als komplett gelähmt diagnostiziert worden waren.

Im Zuge des Training sollten sie beispielsweise in einer virtuellen Realität Kraft ihrer Gedanken die Beine eines Avatar bewegen. Ihre Hirnsignale wurden dabei mit Elektroden aufgezeichnet, die als Teil einer eng anliegenden Kappe außen am Kopf saßen. Die Signale werden anschließend in die Bewegung des Avatar umgesetzt.

(Bild: duke.edu/AASDAP/ Lente Viva Filmes)

Über einen speziell ausgestatteten Ärmel erhielten die Teilnehmenden außerdem haptisches Feedback in Form von Druck und Vibrationen auf den Unterarm. Je nach dem Untergrund, auf dem die virtuelle Version der eigenen Beine lief, gab es ein etwas anderes Signal.

Dieser Trick erzeuge im Gehirn die Illusion, tatsächlich die eigenen Beine zu fühlen und zu bewegen, schrieb die Duke University in einer Mitteilung vom Donnerstag. Das Training in virtueller Realität brachte dem Gehirn wieder bei, die eigenen Gliedmaßen anzusteuern. Später trainierten die Patienten dann auch mit einem Exoskelett.

Intensives Trainingsprogramm
Dieses intensive Trainingsprogramm hatte einen überraschenden Nebeneffekt: Mehrere der Patienten gewannen nach sieben Monaten etwas Gefühl und ein klein wenig auch die motorische Kontrolle unterhalb der Rückenmarksverletzung zurück. Bei vier Patienten waren die Veränderungen so deutlich, dass nach einem Jahr Training die Diagnose von komplett auf teilweise gelähmt abgeändert wurde.

"Eine frühere Studie hat gezeigt, dass ein großer Teil der Patienten, die als vollständig gelähmt diagnostiziert werden, noch einzelne intakte Nervenfasern im Rückenmark besitzt", ließ sich Nicolelis in der Mitteilung zitieren. Diese Nerven könnten für Jahre in einen Ruhezustand fallen, weil vom Gehirn keine Signale an die Muskeln gingen. Das BMI-basierte Training könnte diese verbliebenen Nerven reaktivieren.