Menü
Göttinger Tageblatt / Eichsfelder Tageblatt | Ihre Zeitung aus Göttingen
Anmelden
Technik & Apps Prothesen wie aus einem Star-Wars-Film
Sonntag Technik & Apps
Partner im Redaktionsnetzwerk Deutschland
20:05 13.10.2017
Wissenschaftler erforschen derzeit, wie künstliche Körperteile per Gedankenkraft gesteuert werden können. Quelle: iStock
Anzeige
Hannover

Les Baugh hatte 40 Jahre lang niemandem mehr die Hand gegeben. Bei einem Stromunfall hatte er als junger Mann beide Arme verloren. Seither konnte er nur mit großer Mühe die Handgriffe des Alltags erledigen. Dann aber bot ihm das Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Maryland an, die erste Versuchsperson einer Pilotstudie zu werden. Das Ziel der Studie: Baugh sollte neue Arme bekommen.

Dazu musste sich Baugh einer revolutionären Operation unterziehen, bei der Chirurgen die gekappten Nervenenden aus den Stümpfen seiner Arme in seine Brust verlegten. Dort sollten die bisher nutzlosen Nerven lernen, seine Brustmuskulatur zu bewegen. Das allein war freilich nicht die Vision der Forscher. Vielmehr erlaubte der Eingriff, dass Brustmuskeln zu einer Schnittstelle zwischen Nervensystem und einer Armprothese umfunktioniert werden.

Sechs Monate lang heilten Baughs Brustgewebe und seine Armstümpfe nach der Operation. Und tatsächlich sprossen die verlegten Nervenenden in dieser Zeit aus, erkundeten ihre neue Heimat und fanden dort Ziele in Muskeln und Haut. Schließlich bat Mike McLoughlin, der leitende Forscher der Studie, Les Baugh zu einem Trainingscamp. Mit Sensoren nahmen die Forscher die Muskelbewegungen in seiner Brust auf und trainierten ein Computerprogramm, diese neuen Signale zu interpretieren. Dann schickte der Computer die verarbeiteten Signale an eine zweiarmige Prothese.

Es fehlt noch der Rückkanal

Und tatsächlich: Nach etwas Training konnte Baugh die Arme der Prothese zielgerichtet bewegen, wenn er sich eine bestimmte Handlung vorstellte. “Die Prothese ist unserer Ansicht nach revolutionär”, sagt McLoughlin. “Sie vereint die Fähigkeiten menschlicher Arme und kann sogar noch mehr.” Mit der Prothese stünde Patienten der gesamte Bewegungsspielraum normaler Gliedmaßen zur Verfügung.

Für Baugh war die neue Prothese ein großer Moment. “Als ich das System angezogen hatte, war ich in einer anderen Welt”, sagt er in einem Video. Nach etwas Training konnte er sogar beide Arme und Hände gleichzeitig für schwierige Aufgaben wie das Öffnen einer Dose nutzen. Trotz der erfolgreichen Pilotstudie waren die Forscher aus Maryland noch nicht zufrieden. Schließlich ist die Fähigkeit, eine Prothese durch Gedankenkraft zu bewegen, eine Art Nerven-Einbahnstraße. Zur vollständige Prothese fehlte noch der Gegenverkehr: von der Prothese zum Gehirn, also die Fähigkeit, den neuen Arm und was er berührt, zu fühlen.

Die technische Option ein solches Feedback zu liefern, hatten die Forscher ihrer Prothese schon mit in die Wiege gelegt. So trägt sie nicht nur Motoren, die Bewegungssignale umsetzen, sondern auch 109 Sensoren, die die Positionen der Glieder und Gelenke sowie den Druck und die Temperatur bei Berührung messen. Als einer der ersten Patienten kam nun Melissa Loomis dazu, die futuristisch anmutende Technologie zu nutzen. Im Jahr 2015 hatten sich ihr rechter Unterarm und Ellenbogen nach dem Biss eines Waschbären derart entzündet, dass sie amputiert werden mussten. Loomis Chirurg empfahl ihr, sich bei MacLoughlins Team zu melden.

Les Baugh steuert seine Prothesen mit Gedankenkraft. Quelle: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory

In einer weiteren Operation schufen die Forscher auch bei Loomis eine Nervenschnittstelle, allerdings in ihrem Oberarm statt auf der Brust. Als sie dann zu ersten Mal die Manschette um den Arm trug, mit der die Signale ihrer Muskeln auf die Prothese übertragen werden sollten, konnte auch sie einen Ball in der Hand halten. Aber gleichzeitig lieferte die Prothese Signale von den Sensoren und Loomis hatte spontan das Gefühl, dass etwas ihre amputierte Hand berühre.

Trotz aller Euphorie: Noch sind die Prothesen vom Johns Hopkins Hospital nicht serienreif und kosten mehrere Hunderttausend US-Dollar – die sich wohl kaum ein Betroffener leisten könnte. Die Forscher hoffen nun, dass ihre Erkenntnisse in wenigen Jahren zu einem lizenzierten medizinischen Produkt führen.

Bei ein paar Sensoren im Arm und der Hand der Prothese wird es auf dem Weg dahin vermutlich nicht bleiben. Denn auch die Signale einer künstlichen Haut könnten einmal durch eine Schnittstelle an das Gehirn übertragen werden. Schon einer der ersten Patienten hatte, wenn jemand über die Haut von dessen Brustschnittstelle strich, das Gefühl, jemand berühre den Arm, die Hand oder die Finger seiner amputierten Gliedmaße. Das bedeutet, dass auch die Nerven, die zuvor Berührungssignale ans Gehirn schickten, in die Haut der Schnittstelle einwachsen und dort wieder aktiviert werden.

Schnittstelle für künstliche Haut

Dieser glückliche Nebeneffekt könnte bald zur Schnittstelle für eine künstliche “fühlende” Haut werden. Mehrere Forschungsteams haben bereits dehnbare Kunststoffe entwickelt, die mit vielen Hundert Sensoren pro Quadratmillimeter gespickt sind und so eine Art Nervensystem bilden. Wie eine natürliche Haut könnte eine solche Kunsthaut in Zukunft über Prothesen gespannt werden.

Die Signale der Sensoren könnten dann über die Schnittstelle ans Gehirn geschickt werden und so für den Träger das Gefühl einer vollständigen Haut erzeugen. Mit künstlicher “fühlender” Haut experimentieren auch die Ärzte und Ingenieure vom Johns Hopkins Labor. Eine solches Material könnte nicht nur Feedback erlauben, sondern die Prothese auch gegen Korrosion schützen.

Der künstliche Arm von Luke Skywalker ist heute weit weniger futuristisch, als es 1983 in “Star Wars – Rückkehr der Jedi-Ritter“ noch wirkte. Die Erkenntnisse der Prothetik und der Medizin könnten Amputationspatienten möglicherweise schon in wenigen Jahren erlauben, wieder selbstständig aus einer Tasse zu trinken, ihre Schuhe zu schnüren. Oder mit einem Laser-Schwert zu fuchteln.

Von Christian Honey

Technik & Apps Quantenkryptografie über Satelliten - Der Code aus dem Weltall

Bankverbindungen, Patientendaten, private Dateien – ist bald nichts mehr sicher? Superschnelle Quantencomputer könnten bald schon alle aktuellen Verschlüsselungstechniken knacken. Deutsche Forscher arbeiten dagegen und setzen auf Laser aus dem All.

06.10.2017
Technik & Apps Mini SNES von Nintendo - Nostalgie in groben Pixeln

Nintendos Mini SNES ist die heiß begehrteste Spielekonsole der Saison, obwohl nur uralte Spiele darauf laufen. Hinter dem Hype steckt mehr als nur Nostalgie.

29.09.2017
Technik & Apps Trompete auf dem Smartphone - Keine Ahnung von Tuten und Blasen

In einem jahrelangen Markenrechtsstreit hat jüngst ein Programmierer aus Kalifornien gegen Donald Trump gewonnen: Er darf seine App weiterhin iTrump nennen. Doch was kann die Anwendung überhaupt? Nicht viel, urteilt unser Tester.

22.09.2017
Anzeige