Beinprothese mit elektrischem Kniegelenk sendet Rückmeldung ans Gehirn

Autor: Dr. Judith Lorenz

Die Prothese verfügt über Sensoren, die mit den Nerven im Oberschenkel verbunden sind. Die Prothese verfügt über Sensoren, die mit den Nerven im Oberschenkel verbunden sind. © ETH Zürich/Federica Barberi

Gehen auf Sand, weniger körperliche und geistige Anstrengung sowie keine Phantomschmerzen mehr – das ermöglicht eine bionische Prothese für Beinamputierte.

Trotz modernster Prothesentechnik ist das Gehen für Beinamputierte problematisch, da das Gehirn keine sensorischen Informationen über die Beschaffenheit des Untergrundes sowie die Gelenkposition erhält. Diese propriozeptiven Rückmeldungen sind jedoch für eine präzise Steuerung der Muskulatur unerlässlich, berichtet ein Team um Professor Dr. Francesco­ Maria­ Petrini­ vom Institut für Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich. Die Folge: Betroffene vertrauen der Prothese nur eingeschränkt, belasten das gesunde Bein stärker als das amputierte und empfinden das Gehen als anstrengend und ermüdend. Deshalb entwickelten die Forscher zusammen mit einem Lausanner Start-up-Unternehmen eine Prothese, die ihren Träger mit neuronalen Reizen versorgt.

Dafür statteten sie eine kommerziell erhältliche Prothese mit Fußsohlensensoren und einem elektronischen Kniegelenk aus. Anschließend errechneten sie einen Algorithmus, der die sensorischen Informationen aus der Fußsohle in elektrische Impulse umwandelt. Daraufhin implantierten sie zwei Männern vier Elektroden in den verbliebenen Nervus tibialis, transkutane Kabel übertrugen die Signale von der Prothese in den Oberschenkel. Die von den Elektroden weitergeleiteten neuronalen Impulse, so die Hoffnung, verarbeitet das Gehirn und harmonisiert so das Gangbild.

Beinprothese mit Gespür verbessert die Gesundheit

Tatsächlich „verschmolzen“ die Betroffenen mit ihrem künstlichen Bein. Nach der Anpassung der Neuro­feedback-Prothese verbesserte sich ihre Gehgeschwindigkeit sogar auf Sand, sie ermüdeten – sowohl körperlich als auch mental – weniger schnell und vertrauten ihrer Prothese mehr. Außerdem besserten sich die Phantomschmerzen bei einem Patient deutlich, beim anderen verschwanden sie vollständig. Nun arbeiten die Wissenschaftler an einem vollständig implantierbaren, drahtlosen Neurostimulations­system, ähnlich wie beim Herzschrittmacher.

Quelle: Pressemitteilung – ETH* Zürich; DOI: 10.1038/s41591-​019-0567-3

*Eidgenössische Technische Hochschule