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Nervensystemgesteuertes bionisches Bein gibt Amputierten ihren natürlichen Gang zurück

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Eine vom Massachusetts Institute of Technology geleitete klinische Studie hat gezeigt, dass ein bionisches Bein, das durch das Nervensystem des Körpers gesteuert wird, die natürliche Gangart viel effektiver wiederherstellt als andere Prothesen.

Die in der Fachzeitschrift Nature Medicine vorgestellte Technik ist der neueste Fortschritt in der Neurotechnologie. Das sich schnell entwickelnde Forschungsgebiet verspricht enorme Vorteile für Menschen mit Behinderungen, darunter Gehirn-Computer-Schnittstellen, die dabei helfen, die Bewegungsfähigkeit von Patienten mit Rückenmarksverletzungen wiederherzustellen.

Das MIT-Team entwickelte ein chirurgisches Verfahren, um durchtrennte Muskeln und Nerven wieder zu verbinden, die dann elektrische Signale erzeugen. Diese werden von auf der Haut angebrachten Elektroden erfasst und zur Steuerung einer Beinprothese verwendet.

Die Technologie habe die Gehgeschwindigkeit der Patienten sowie ihre Fähigkeit, Treppen zu steigen und Hindernissen auszuweichen, deutlich verbessert, erklärte das Forschungsteam in der am Montag veröffentlichten Studie.

Hugh Herr, der Leiter des Projekts, bezeichnete den Versuch als „den ersten in der Geschichte, der eine Beinprothese unter vollständiger neuronaler Modulation zeigt … Niemand war bisher in der Lage, dieses Maß an Gehirnsteuerung nachzuweisen, das einen natürlichen Gang erzeugt, bei dem das menschliche Nervensystem die Bewegung steuert (und nicht) ein Roboter-Steuerungsalgorithmus.“

Bei diesem chirurgischen Eingriff, der als Agonist-Antagonist Myoneural Interface (AMI) bezeichnet wird, werden im verbleibenden Gewebe verbliebene Muskelfasern wieder verbunden, die in einer intakten Gliedmaße zusammenarbeiten, nach einer Standardamputation jedoch durchtrennt werden.

Durch die Wiederherstellung der dynamischen Interaktion zwischen den Muskeln erhalten die Amputierten einen Teil ihrer Propriozeption zurück – die Fähigkeit, die Position und Bewegung der Gliedmaßen zu spüren – in der Beinprothese. Wenn sie daran denken, die fehlenden Teile ihres Unterschenkels wie Wade und Knöchel zu bewegen, übertragen auf der Haut angebrachte Elektroden die Nervensignale an elektronische Empfänger an ihrer Prothese, die sich entsprechend bewegt.

„Was passiert, ist fast ein Wunder“, sagte Herr, dem 1982 die Unterschenkel amputiert werden mussten, als er nach einem Bergsteigerunfall schwere Erfrierungen erlitt. „Die Patienten können fast ohne nachzudenken wieder mit normaler Geschwindigkeit gehen.“

MIT-Projektleiter Hugh Herr, dem nach einem Bergunfall Erfrierungen amputiert werden mussten, erwägt, sich dem neuen Verfahren zu unterziehen. © MIT

An der klinischen Studie nahmen 14 Teilnehmer teil, deren Bein unterhalb des Knies amputiert worden war. Sieben von ihnen unterzogen sich einem akuten Myokardinfarkt, während die anderen eine Kontrollgruppe bildeten, die sich einer konventionellen Operation unterzog. Alle wurden mit Hightech-Prothesen mit angetriebenen Knöchel- und Bewegungssensoren ausgestattet.

Die AMI-Gruppe konnte im Durchschnitt 41 Prozent schneller gehen als die Kontrollgruppe, erreichte damit die Geschwindigkeit von Menschen ohne Amputationen und konnte Hindernissen und Treppen viel leichter begegnen.

Der Eingriff erziele möglicherweise die besten Ergebnisse, wenn er gleichzeitig mit einer Amputation durchgeführt werde, doch AMI habe auch bei Patienten gute Ergebnisse erzielt, die ihre Gliedmaßen schon vor langer Zeit verloren hatten, sagten die Forscher.

Herr ist davon überzeugt, dass er auch mehr als 40 Jahre nach seinen Amputationen noch genügend Muskelmasse übrig hat, um von dem Eingriff zu profitieren.

„Ich denke daran, es mit beiden Beinen zu machen“, sagte er.

Das MIT hat die AMI-Technologie patentiert und Herr strebt an, in etwa fünf Jahren kommerzielle Versionen des Produkts verfügbar zu haben.

Er sagte, das übergeordnete Ziel seines Labors bestehe darin, „menschliche Körper nachzubauen“ und zwar mit Komponenten, die die Menschen selbst steuern könnten, statt sich auf immer ausgefeiltere Robotergeräte zu verlassen, die sich nicht wie Teil ihres eigenen Körpers anfühlten.

Herr ergänzte: „Unser Ansatz besteht darin, das menschliche Gehirn umfassend mit der Elektromechanik zu verbinden.“

Kaynak

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