Chirurgisch-technische Innovation: Bewegungen mit bionischer Hand bald perfektioniert?
Menschen, die Unterarm und Ellenbogen verloren haben, haben tendenziell größere Schwierigkeiten, bewegliche Prothesen zu steuern. Typischerweise stehen in solchen Fällen nämlich nur begrenzt Muskelstränge zur Verfügung, um einen künstlichen Arm oder eine künstliche Hand feinmotorisch zu kontrollieren. Ein Forschungsteam verspricht allerdings eine bahnbrechende Lösung für dieses Problem gefunden zu haben.
In der erst kürzlich veröffentlichten Studie wird der erste dokumentierte Fall einer Person vorgestellt, deren Körper chirurgisch verändert wurde, um implantierte Sensoren und ein skelettartiges Implantat einbauen zu können. KI-Algorithmen wurden schließlich verwendet, um die Absichten der Person in Bewegungen der Prothese umzusetzen. Durch diese chirurgischen und technischen Fortschritte könnten womöglich immer mehr Menschen die Finger ihrer bionischen Hand so bewegen, als wären es ihre eigenen.
Zu wenig Restmuskeln erschweren Bewegung
Prothesen gelten zwar als immenser wissenschaftlicher Fortschritt, stellen jedoch auch oft Herausforderung dar, insbesondere wenn nur wenige Bewegungen möglich sind. In den Fällen, in denen Restmuskeln im verbleibenden Körperteil vorhanden sind, sind sie eine bevorzugte Kontrollquelle für bionische Hände. Das liegt daran, dass Patient:innen vorhandene Muskeln gezielt anspannen können und die dabei erzeugte elektrische Aktivität verwendet werden kann, um der Handprothese mitzuteilen, welche Aktion ausgeführt werden soll, wie zum Beispiel das Öffnen oder Schließen der Hand.
Allerdings stellt ein höheres Amputationsniveau, beispielsweise oberhalb des Ellenbogens, ein großes Problem dar, da so zu wenig Muskeln vorhanden sind, um bionische Arme und Hände zu steuern.
Neuverkabelung von Nerven für bessere Kontrolle
Ein Forscher:innenteam, angeführt von Bioniker Max Ortiz Catalan von der Chalmers University of Technology in Schweden, verspricht nun eine Lösung gefunden zu haben. Der Artikel im Journal Science Translational Medicine veranschaulicht diesen ersten dokumentierten Fall der erfolgreichen Verbindung von Mensch und Maschine.
Um die fehlenden Muskelstränge auszugleichen, die für eine präzise Steuerung notwendig sind, sind die Forscher:innen folgendermaßen vorgegangen: Zunächst haben sie das verdichtete Nervengewebe entfernt, das durch die Amputation entstanden ist. Die verbleibenden Nervenstränge wurden dann in mehrere Nervenbündel, sogenannte Faszikel, aufgeteilt. Bestimmte Faszikel wurden dann zu den verbliebenen Muskeln im Stumpf verlegt. Diese Muskeln, die nun wieder mit elektrischen Impulsen versorgt wurden, wurden anschließend mit speziellen Elektroden ausgestattet, die entweder in das Bindegewebe oder direkt in den Muskel implantiert wurden. Dadurch war es am Ende möglich, elektrische Signale zu empfangen und die Prothese zu steuern.
Die Forscher:innen möchten in diesem Video zeigen, wie das System auf alltägliche Aktivitäten reagiert:
Die Besonderheit dieser Lösung, die bereits bei Testpersonen getestet wurde, liegt darin, dass die Verwendung einzelner Finger auf intuitive Weise möglich sein soll. Das heißt, die Betroffenen müssen sich nur die Bewegung vorstellen, und die Prothese reagiert entsprechend.
Neue Hoffnungen und Möglichkeiten
„Es ist belohnend zu sehen, dass unsere hochmodernen chirurgischen und technischen Innovationen einem Menschen mit einer Armamputation ein so hohes Maß an Funktionalität bieten können. Dieser Erfolg basiert auf über 30 Jahren schrittweiser Entwicklung des Konzepts, zu dem ich stolz bin, dazu beigetragen zu haben“, sagt Dr. Rickard Brånemark, Forschungsmitarbeiter am MIT, der die Implantation der Schnittstelle durchgeführt hat.
Durch implantierte Sensoren und dem skelettartigen Implantat, die beide nahtlos mit dem Körper verbunden werden und mithilfe von KI-Algorithmen, die die Absichten des Benutzers in Bewegungen der Prothese übersetzen, eröffnen sich neue Hoffnungen und Möglichkeiten für Menschen mit Armamputationen weltweit. Die Forscher:innen sind derzeit dabei, die Steuerbarkeit der bionischen Hand weiter zu verbessern.
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