Bahnbrechendes Implantat verleiht Handprothese Geschicklichkeit und Tastsinn

Wissenschaftler haben ein Gerät in den Arm einer Patientin eingesetzt, der unter dem Ellenbogen amputiert wurde, um eine künstliche Hand mit den bestehenden Nerven und Muskeln zu verbinden. Auf diese Weise sollen taktile Empfindungen und eine bessere Bewegungssteuerung ermöglicht werden.

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© LightField Studios, Shutterstock

In den letzten Jahren gab es bedeutende technologische Entwicklungen in der Prothetik. Künstliche Ersatzteile bieten jedoch nur einen begrenzten Mehrwert bei der Durchführung alltäglicher Aufgaben, bei denen ihre Sensorrückmeldung eher schwach ausfällt. Dank des EU-finanzierten Projekts DeTOP (Dexterous Transradial Osseointegrated Prosthesis with neural control and sensory feedback) haben Wissenschaftler ein neues Implantatsystem entwickelt, das den Einsatz einer klinisch praktikablen, geschickten und empfindungsfähigen Handprothese im wirklichen Leben ermöglicht.

Laut einer Pressemitteilung auf der Projektwebsite wurde eine schwedische Patientin nach einer bahnbrechenden Operation zur ersten Empfängerin von Titanimplantaten „in beiden Unterarmknochen (Radius und Ulna), von denen aus Elektroden zu den Nerven und Muskeln verlängert wurden, um Signale zur Steuerung einer Roboterhand zu gewinnen und taktile Empfindungen zu erzeugen.“

In derselben Pressemitteilung heißt es weiter, dass traditionelle „Handprothesen auf Elektroden über der Haut angewiesen sind, um Steuersignale von der darunter liegenden Stumpfmuskulatur zu gewinnen. Diese Oberflächenelektroden liefern begrenzte und unzuverlässige Signale, die lediglich die Steuerung einiger grober Bewegungen (Öffnen und Schließen der Hand) zulassen.“ Es wird zudem darauf hingewiesen, dass derzeitige künstliche Hände „keinerlei taktile oder kinästhetische Empfindungen vermitteln, so dass sich die Nutzer bei der Verwendung der Prothese auf ihre Sehkraft verlassen müssen.“ Dies begrenzt ihre Fähigkeit, die Griffstärke richtig einzuschätzen. „Durch die Implantierung von Elektroden in alle verbleibenden Muskeln im Stumpf können jedoch reichhaltigere und zuverlässigere Informationen gewonnen werden.“ Bei der schwedischen Patientin wurden insgesamt 16 Elektroden an Nerven angeschlossen, die zu der fehlenden Hand führen.

Wenn Elektroden mit dieser Technik implantiert werden, „können Forscher diese Nerven auf ähnliche Weise elektrisch stimulieren wie Informationen, die von der biologischen Hand übermittelt werden.“ So können Patienten „Empfindungen, die von der neuen Handprothese ausgehen“, mithilfe von „Sensoren, die den Nerv stimulieren, solche Empfindungen auszulösen“, fühlen.

Vom Labor in den Alltag

Der Projektpartner Integrum AB und die Technische Hochschule Chalmers haben vor Kurzem gezeigt, dass die Steuerung einer ähnlichen Prothese im Alltag von Menschen mit über dem Ellenbogen amputierten Armen möglich ist, wie im Video gezeigt. Die Pressemitteilung von DeTOP weist auch auf die damit verbundenen Herausforderungen hin: „Dies war bei Menschen mit unter dem Ellenbogen amputierten Armen aufgrund der zwei kleineren Knochen, statt eines einzelnen größeren Knochens wie im Oberarm, nicht möglich. Dieses Problem stellte die Entwicklung des Implantatsystems vor einige Herausforderungen. Andererseits bietet es aber auch die Möglichkeit, künstliche Ersatzteile feinfühliger zu steuern. Der Grund dafür liegt darin, dass viel mehr Muskeln zur Verfügung stehen, um die Befehle des Nervensystems bei Menschen mit unter dem Ellenbogen amputierten Armen zu extrahieren.“

Laut der Pressemitteilung durchläuft die Patientin derzeit ein Rehabilitationsprogramm, um ihre Unterarmknochen zu stärken. Durch virtuelle Realität lernt sie auch wieder, ihre fehlende Hand zu steuern, bevor sie die eigentliche Handprothese vollständig nutzen wird. Es stehen bereits zwei weitere Patienten aus Italien und Schweden für eine solche Implantatoperation auf der Warteliste.

Das laufende Projekt DeTOP „richtet sich an Menschen mit eingeschränkten oder fehlenden sensomotorischen Fähigkeiten der Hand aufgrund einer Amputation“, wie auf CORDIS zu lesen ist. Weiter heißt es: „Kern des Systems ist eine osseointegrierte Mensch-Maschine-Schnittstelle, die bidirektionale Verbindungen zwischen einem Menschen und einer Roboter-Prothese herstellen kann.“

Weitere Informationen:
DeTOP-Projektwebsite