Eine künstliche Hand mit echtem Gefühl

Eine neue Nervenschnittstelle verleiht einer Gliedmaßenprothese einen Tastsinn. Durch

• David Talbot Archivseite

18. Februar 2014

Igor Spetics Hand war zur Faust, als sie vor drei Jahren von einem Schmiedehammer abgetrennt wurde, als er bei seiner Arbeit ein Aluminiumdüsenteil herstellte. Noch Monate danach fühlte er, wie ein Phantomglied immer noch geballt war und vor Schmerz pochte. An manchen Tagen habe es sich genauso angefühlt wie bei einer Verletzung, erinnert er sich.

Igor Spetic verlor bei einem Arbeitsunfall seine Hand. Jetzt ist er einer der ersten Menschen, der dank der in den Arm implantierten Nervenschnittstellen (unten) ein realistisches Fingergefühl wiedererlangt.

Bald bekam er eine Prothese. Aber für Amputierte wie Spetic sind dies mehr Werkzeuge als Gliedmaßen. Da die Prothesen keine Empfindungen vermitteln können, können Menschen, die sie tragen, nicht spüren, wenn sie etwas fallen oder gequetscht haben. Jetzt bekommt Spetic, 48, einen Teil seiner Empfindung durch Elektroden zurück, die mit Restnerven in seinem Arm verdrahtet sind. Spetic ist einer von zwei Personen in einem frühen Prozess, der ihn von seinem Haus in Madison, Ohio, zum Cleveland Veterans Affairs Medical Center führt. In einem Kellerlabor ist seine Handprothese mit Kraftsensoren ausgestattet, die an 20 Drähten angeschlossen sind, die aus seinem rechten Oberarm herausragen. Diese führen zu drei chirurgisch implantierten Schnittstellen, sieben Millimeter lang, mit bis zu acht Elektroden pro Stück, die in ein Polymer eingeschlossen sind und drei Hauptnerven in Spetics Unterarm umgeben.

Diese Geschichte war Teil unserer März-Ausgabe 2014

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Auf einem Tisch verrichtet eine unscheinbare weiße Box mit kundenspezifischer Elektronik eine entscheidende Aufgabe: Sie übersetzt Informationen von den Sensoren an Spetics Prothese in eine Reihe elektrischer Impulse, die die Schnittstellen in Empfindungen umwandeln können. Diese Technologie wird seit 20 Jahren entwickelt, sagt der Leiter der Studie, Dustin Tyler, Professor für Biomedizintechnik an der Case Western Reserve University und Experte für neuronale Schnittstellen.

Links: Um sein sensorisches Feedback auszuwerten, nimmt er mit Magneten an den Tisch gehaltene Blöcke auf.

Rechts: Mit wiederhergestelltem Gefühl kann er in 93 Prozent der Fälle Kirschen aufnehmen und Stiele entfernen, ohne ihn zu zerquetschen, sogar mit verbundenen Augen.

Im Februar waren die Implantate eingesetzt und schnitten in Tests seit mehr als anderthalb Jahren gut ab. Tylers Gruppe hat auf der Grundlage jahrelanger neurowissenschaftlicher Forschung zu den Signalmechanismen, die der Empfindung zugrunde liegen, eine Bibliothek von Mustern elektrischer Impulse entwickelt, die in Stärke und Timing an die Armnerven gesendet werden. Spetic sagt, dass diese unterschiedlichen Reizmuster an 20 Stellen seiner Prothesenhand und -finger unterschiedliche und realistische Gefühle erzeugen. Zu den Empfindungen gehören das Drücken auf ein Kugellager, das Drücken auf die Spitze eines Stifts, das Bürsten über einen Wattebausch und das Berühren von Sandpapier, sagt er. Ein überraschender Nebeneffekt: Am ersten Testtag, sagt Spetic, fühlte sich seine Phantomfaust offen an, und nach mehreren Monaten waren die Phantomschmerzen zu 95 Prozent verschwunden.

An diesem Tag steht Spetic vor einer einfachen Herausforderung: zu sehen, ob er einen Schaumstoffblock ertasten kann. Er setzt eine Augenbinde und geräuschunterdrückende Kopfhörer auf (um sich nur auf seinen Tastsinn zu verlassen), dann hält ein Postdoc den Block in seiner weit geöffneten Prothesenhand und tippt ihm auf die Schulter. Spetic schließt seine Prothese – eine Aufgabe, die durch bestehende kommerzielle Schnittstellen zu Armrestmuskeln möglich wird – und meldet, sobald er den Block berührt: Erfolg.

Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, ist die Forschung zu chirurgischen Implantaten zeitaufwändig. Der Abschluss der Pilotstudie, die Verfeinerung der Stimulationsmethoden und der Start vollständiger klinischer Studien werden voraussichtlich 10 Jahre dauern. Tyler schließt auch die Entwicklung eines implantierbaren elektronischen Geräts ab, das Reize liefert, damit es nicht nur auf einer Laborbank steht, sondern irgendwann auch zu Hause kommt, sagt er. Und er arbeitet mit Herstellern von Prothesen daran, Kraftsensoren und Kraftverarbeitungstechnik direkt in zukünftige Geräteversionen zu integrieren.

Links: Kontrollboxen liefern Signale an Elektroden, die die Nerven in Spetics Arm umgeben, und erzeugen Berührungsempfindungen.

Rechts: Dieses Gerät könnte irgendwann in seinen Arm implantiert werden und die Laborausrüstung ersetzen, um Signale zu liefern. Kraftsensoren und Verarbeitungstechnik könnten in zukünftige Prothesen integriert werden.

Nervenschnittstellen werden in den Arm implantiert.

Als die Tests vorbei sind und das Gerät vom Netz genommen wird, endet Spetics sensorischer Besuch mit seiner verlorenen Hand abrupt. Er sagt, er sei gesegnet, diese Leute zu kennen und ein Teil davon zu sein. Aber er kann nicht umhin, wehmütig darüber nachzudenken, was die Zukunft bringen könnte. Es wäre schön zu wissen, dass ich einen Gegenstand aufheben kann, ohne ihn ansehen zu müssen, oder ich kann die Hand meiner Frau halten und die Straße entlang gehen, wissend, dass ich sie festhalte, sagt er, während er seinen Mantel anzieht und beginnt wieder nach Hause. Vielleicht hilft all dies der nächsten Person.

Video ansehen: Wiederherstellung des Tastsinns bei Amputierten

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