Bionische Robotik auf dem Vormarsch

ETH Zürich und Schweizer Start-Up revolutionieren Echtzeit-Sensorik für Prothesen

von
Anna
Engberg

Prothesenträger leiden häufig unter einer Vielzahl von Beschwerden von eingeschränkter Beweglichkeit durch fehlendes Neurofeedback bis hin zu Phantomschmerzen.

Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben jetzt in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Start-Up SensArs und weiteren internationalen Forschungsstellen eine sensorische Schnittstelle entwickelt, welche Beinprothesenträgern das Leben zukünftig erleichtern könnte.

In einer Machbarkeitsstudie wiesen die Forscher die Wirksamkeit der sensorischen Schnittstelle, welche die Nerven des Oberschenkels mit der Beinprothese verbindet, nach. Tests zufolge nehmen betroffene Patienten Sinnesreize unterhalb des Knies nun in Echtzeit wahr, wie die Forscher im Fachjournal Nature Medicine berichteten.

DER HINTERGRUND

Das internationale Forscherteam der ETH Zürich testete über drei Monate hinweg die neu entwickelten Prothesenschnittstelle mit zwei Probanden an der Universität Belgrad: diese erhielten im Rahmen einer Operation ein elektronisches Hightech-Kniegelenk zusammen mit ihrer regulären Prothese, wobei mikrochirurgisch implantierte, winzige Elektroden die Verbindung zu den Beinnerven herstellen und mit Berührungssensoren auf der Sohle des Prothesenfußes kommunizieren.

Hierfür mussten die Züricher Forscher zusammen mit ihren Kollegen aus Freiburg, welche die Elektroden entwickelten, Algorithmen entwickeln, welche in der Lage sind, Tast- und Bewegungsimpulse in Stromimpluse, die neuronale Sprache, zu übertragen.

Im Ergebnis konnten die Beinamputierten die übertragenen Reize im Gehirn empfangen und ihre künstlichen Körperteile durch die bionischen Prothesen mit Echtzeit-Sensorik spüren. In Folge verbesserte sich die Muskelsteuerung und der Gang.

Dies wies das Forschungsteam der ETH Zürich auch nochmals mit gezielten Tests nach: Gehen mit Neurofeedback erwies sich demnach für die Probanden als körperlich deutlich weniger anstrengend, zudem stieg die Gehgeschwindigkeit und das Vertrauen in die Prothese an.

Zudem kann die neue Schnittstelle zum Nervensystem nun auch für die Reduktion von Phantomschmerzen angewandt werden, so die Mitteilung der ETH Zürich. Hierfür kommt ein Therapieprogramm für Neurostimulation zum Einsatz, welches die Phantomschmerzen nachweislich reduzieren und sogar aufheben konnte.

WAS GESAGT WURDE

„Bei SensArs planen wir die Entwicklung eines drahtlosen Neurostimulationsgerätes, das wie ein Herzschrittmacher vollständig in den Patienten implantiert und auf den Markt gebracht werden kann“, kündigte Francesco Petrini, der CEO des Lausanner Start-Ups an, das an der Forschungskooperation mitwirkte.

„Unsere Machbarkeitsstudie zeigt, wie vorteilhaft es für die Gesundheit von Beinamputierten ist, eine Prothese zu haben, die mit neuronalen Implantaten arbeitet, um das sensorische Feedback wiederherzustellen“, betonte Stanisa Raspopovic, Professorin am Institut für Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich.

GUT ZU WISSEN

Bei gewöhnlichen Prothesen haben die Träger keinerlei Sinneswahrnehmung. Speziell bei Patienten mit Beinamputationen verursacht das ausbleibende Neurofeedback der herkömmlichen Prothesen häufig Koordinations- und Bewegungsprobleme, Überbelastungen des intakten Beins sowie auch Phantomschmerzen.

An dem Gesamtprojekt waren außer der ETH Zürich auch die ETHL Lausanne, die Universitäten in Freiburg, Belgrad und Össur sowie Forscher aus Pisa und Montpellier beteiligt. Unterstützt wurden diese durch das Lausanner Start-Up SensArs und die Firma mBrain Train.  

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