Supermoderne Prothesen verändern bald millionenfach das Leben Amputierter
In Europa liegt die Zahl der Amputationen von Gliedmaßen bei mehr als zwei Millionen. Mit EU-Finanzmitteln erzielte Fortschritte in der Prothetik rücken immer näher und werden das Leben von Menschen, die Gliedmaßen verloren haben, dramatisch verbessern. Das Projekt INPUT steht bei diesen Entwicklungen ganz an der Spitze. INPUT baute auf den zwei früheren EU-finanzierten Forschungsprojekten AMYO und MYOSENS auf, die an der Umwandlung von biologischen Signalen des Körpers in Bewegung von Prothesen arbeiteten. Tatsächlich gelang es den Forschenden, zwei Freiheitsgrade gleichzeitig und proportional zu steuern. INPUT konzentrierte sich weniger auf die Schaffung neuer Ansätze als vielmehr darauf, den bisherigen Stand der Technik zu verbessern, um diesen in Form einer kommerzialisierbaren Anwendung vielen Amputierten näherzubringen. „Hauptschwerpunkt von INPUT war die Entwicklung und umfassende Erprobung einer verbesserten Steuerung für Armprothesen inklusive verbesserter Hard- und Software, Patientenschulung und Rehabilitation“, sagt Sebastian Amsüss, wissenschaftlicher Koordinator bei Otto Bock HealthCare und Projektkoordiator von INPUT.
Wie das Ganze funktioniert
Damit die Prothese funktioniert, werden Muskelsignale aus dem Stumpf der amputierten Extremität gedeutet. „Vom Gehirn wird die Bewegung in Form der Zündung bestimmter Neuronen eingeleitet. Diese elektrischen Impulse wandern das Rückenmark entlang, gelangen zu den peripheren Nerven und enden in den Muskeln“, erklärt Amsüss. Die im Gehirn feuernden motorischen Neuronen lösen eine physikalische Bewegung in den Muskeln aus, die sich zusammenziehen und elektrische Informationen übermitteln, die von den Sensoren der Prothese aufgefangen werden. „Der am Muskel vorhandene elektrische Reiz ähnelt, wenn auch verstärkt und vervielfacht, sehr dem vom Gehirn ausgehenden Reiz. Es handelt sich sozusagen um eine einfache ‚Drahtdurchschaltung‘“, fügt Amsüss hinzu. Im Falle einer Armamputation ist dies möglich, da sich viele der Muskeln, die unser Handgelenk, die Handfläche und die Finger bewegen, in unseren Unterarmen befinden. Wenn Sie die rechte Faust ballen oder mit den Fingern wackeln, während Sie knapp unterhalb des Ellenbogens mit der linken Hand an den rechten Unterarm greifen, werden Sie das feststellen können. „So sind nach der Amputation einer Hand viele der Muskeln, die diese Hand früher kontrolliert haben, immer noch da, was bedeutet, dass die amputierte Person zum Beispiel immer noch die Bewegung ihres Handgelenks auslösen kann. Es fühlt sich ganz ähnlich wie vor der Amputation an, da dieselben Befehle vom Gehirn ausgegeben werden und ebenso wie vor der Amputation in den Muskeln landen. Dabei handelt es sich um die sogenannte Phantom-Gliedmaßenbewegung“, erläutert Amsüss.
Hürden auf dem Weg zum Erfolg
Der Zeitraum des Projekts reichte nicht aus, um zuverlässige und robuste Lösungen für alle vom Projekt verfolgten Ziele zu finden. Bei der Hardware-Entwicklung etwa zielte das Team auf die Ausarbeitung eines völlig neuen Ansatzes mit integrierten Elektroden ab, was sich jedoch als komplizierter als erwartet herausstellte. Trotzdem konnte das Team eine großen Schatz an Wissen und Erfahrung zusammentragen, der für die zukünftigen Entwicklungen von entscheidender Bedeutung sein wird. „Wir haben mehr als zehn Iterationen im Zusammenhang mit Materialien für Elektroden und Auskleidungen, Werkstoffkombinationen und Fertigungsverfahren erstellt, eine große Anzahl von Algorithmen für maschinelles Lernen erprobt und drei neue PC-basierte Rehabilitationsspiele zum Patiententraining entwickelt. All das lieferte wertvolle technische Erkenntnisse, auch wenn es noch nicht gelungen ist, alles zu einem einzigen System zu kombinieren“, schließt Amsüss.
Schlüsselbegriffe
INPUT, Prothetik, modern, fortgeschritten, Greifen, Extremität, Gliedmaße, Körperglied, elektrisch, Signale
