Nach Schlaganfall: Kaffeetrinken trotz Lähmung
15 Jahre nach einem Schlaganfall kann eine gelähmte Frau erstmals wieder ohne menschliche Hilfe Kaffee trinken. Möglich machen es ihre Gedanken.
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Eine vom Hals abwärts gelähmte Frau trinkt Kaffee aus einem Becher mittels eines Robotorarms, den sie mit ihren Gedanken steuert.
© John Donoghue et al/ Nature / dpa
Es klingt wie Science Fiction: Einen künstlichen Arm so bewegen, als wäre es der eigene. Dieser Vision sind deutsche Ingenieure und US-amerikanische Hirnforscher nun einen Schritt näher gekommen (Nature 2012, 485: 372). So lässt sich mithilfe einer Hirn-Computer-Schnittstelle ein Roboterarm immerhin so präzise manövrieren, dass Gelähmte damit Kaffee trinken können.
Nach Angaben von Dr. Leigh Hochberg und seinem Team aus Providence ermöglicht das System BrainGate den Patienten erstmals, komplexe dreidimensionale Bewegungen mit ihren Gedanken zu steuern.
Übersetzt durch ein Programm
Getestet wird das System derzeit in einer Studie mit Tetraplegikern, denen Elektroden in den Motorkortex implantiert werden.
Forscher legen den vollständig Gelähmten dazu eine 96-Kanal-Mikroarray-Elektrode in die Nähe einer kleinen Population von Nervenzellen, die für die Steuerung der natürlichen Handbewegung wichtig sind.
Die Probanden dürfen sich anschließend Handbewegungen vorstellen, die entsprechenden Elektrodensignale werden analysiert und in ein Programm übersetzt, das einen Roboterarm lenkt.
Dies ist allerdings alles andere als einfach: So müssen die abgeleiteten Signale eine sehr gute Auflösung haben, um eine feinmotorische Steuerung zu ermöglichen. Zum anderen müssen die Signale richtig übersetzt werden.
Auch war bisher nicht klar, ob der Motorkortex nach langen Jahren der Lähmung noch präzise Signale liefert.
Doch offenbar lassen sich solche Hindernisse überwinden, wie jetzt die ersten Ergebnisse bei zwei Patienten zeigen: Ein 66-jähriger Mann und eine 55-jährige Frau konnten mit dem System einen Roboterarm so steuern, dass der Arm nach 6 cm großen Bällen auf einem Tisch griff.
Entwickelt vom DLR
Sie mussten sich dazu die räumliche Bewegung des Arms zu den Gegenständen vorstellen, ebenso die Greifbewegung der Hand. Der Mann, seit über fünf Jahren gelähmt, konnte bei etwa knapp 96 Prozent von 158 Versuchen den Ball berühren und ihn bei 62 Prozent auch aufheben.
Die seit 15 Jahren bewegungsunfähige Frau schaffte in zwei Drittel der Fälle eine Berührung und griff in etwa der Hälfte der Fälle korrekt zu. In einem weiteren Versuch gelang es ihr, mit dem Kunstarm einen Behälter mit Kaffee an den Mund zu führen - zum ersten Mal seit ihrem Schlaganfall konnte sie wieder ohne fremde Hilfe etwas trinken.
Für die Studie arbeiteten die Forscher mit zwei verschiedenen Roboterarmen, davon war einer vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum in Oberpfaffenhofen entwickelt worden.
Die Umstellung auf den jeweils anderen Arm machte den Patienten kaum Probleme. Auch wenn sie zuvor damit noch nie gearbeitet hatten, konnten sie ihn ähnlich präzise bewegen wie den Arm, den sie bereits bei der Entwicklung der Steuer-Algorithmen kennengelernt hatten.
Ein Erfolg ist für die Forscher auch, dass selbst 15 Jahre nach der Lähmung der Motorkortex auf eine imaginierte Bewegung noch gut reagiert. Mithilfe verbesserter Hirn-Computer-Schnittstellen könnten künftig auch seit langem gelähmte Menschen etwas unabhängiger leben.
