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Roboterhand, Hand (Symbolbild): Berührung mit elektrischen Signalen im Gehirn simuliert
Roboterhand, Hand (Symbolbild): Berührung mit elektrischen Signalen im Gehirn simuliert (Bild: PNAS)

Armprothese Forscher simulieren Tastsinn

US-Wissenschaftler haben einen wichtigen Schritt hin zu Armprothesen mit Gefühl gemacht. Es ist ihnen gelungen, Affen Berührungen durch Stimulation des Gehirns vorzugaukeln. Auf der Basis der Tests haben sie Algorithmen für Prothesen entwickelt.

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Bionische Prothesen, die die Funktion amputierter Gliedmaßen ersetzen, gibt es schon. Wissenschaftler der Universität von Chicago und der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore arbeiten am nächsten Schritt: Sie wollen eine Prothese bauen, die nicht nur funktioniert, sondern auch fühlt. Ihre Forschungsergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

"Um die sensomotorische Funktion eines Arms wiederherzustellen, muss man nicht nur die motorischen Signale, die das Gehirn an den Arm sendet, ersetzen, sondern auch die sensorischen, die der Arm ans Gehirn schickt", erklärt Sliman Bensmaia, Hauptautor der Studie.

Versuche mit Rhesusaffen

Bensmaia und seine Kollegen haben sich auf den sensorischen Aspekt spezialisiert. Es ist ihnen gelungen, elektrische Signale an das Gehirn von Versuchstieren zu senden, die die Tiere wie eine Berührung wahrgenommen haben. Die Forscher haben mit Rhesusaffen gearbeitet, deren sensorisches System dem menschlichen sehr ähnlich ist.

Zunächst ging es darum, eine Berührung zu lokalisieren - also festzustellen, wie die Haut berührt wurde. Die Affen wurden dafür darauf trainiert, auf eine Berührung eines Fingers mit einer Drehung des Kopfes zu reagieren. Dann stimulierten die Forscher die Region im Gehirn, die die Finger steuert - mit einer Elektrode. Die Affen reagierten auf diesen Reiz ebenso wie auf eine physische Berührung.

Drucksimulation

Auf ähnliche Weise konnten sie den Affen auch die Wahrnehmung von Druck vorgaukeln. Auch brachten sie den Affen zunächst bei, auf physischen Druck zu reagieren. Dann simulierten sie diesen durch einen elektrischen Reiz im Gehirn. Ein eigens entwickelter Algorithmus regelte die Stärke des Stroms, um die entsprechende Sinneswahrnehmung auszulösen. Auch hier reagierten die Affen auf den Reiz im Gehirn ebenso wie auf physischen Druck.

Schwieriger wird es beim Anfassen: Berührt eine Hand einen Gegenstand oder lässt diesen los, gibt es eine Häufung von elektrischer Aktivität im Gehirn. Doch auch ein solcher Ausbruch an Aktivität lässt sich nach den Erkenntnissen der Forscher nachbilden.

Auf der Basis dieser Versuche haben die Forscher eine Reihe von Befehlen für bionische Armprothesen entwickelt. Diese sollen über eine spezielle Schnittstelle dem Gehirn sensorische Wahrnehmungen mitteilen.

Mehr Funktionen

"Die Algorithmen zur Entschlüsselung von motorischen Signalen sind so stark verbessert worden, dass es möglich ist, einen Arm mit sieben Freiheitsgraden zu steuern", sagt Bensmaia. Er glaube aber, dass die bionischen Prothesen erst dann praktikabel sein würden, wenn auch eine sensorische Rückmeldung eingebaut sei. "Wenn das der Fall ist, wird der Funktionsumfang dieser Gliedmaßen deutlich vergrößert."

Das Projekt ist Teil des Forschungsprogramms Revolutionizing Prosthetics, das die Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) vor einigen Jahren eingerichtet hat. Dessen Ziel ist, Prothesen für die oberen Gliedmaßen zu entwickeln, die dem Amputierten nicht nur die Funktion, sondern auch das Gefühl geben.


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Flexor 16. Okt 2013

Vielen vielen dank Malachi, das ist echt interessant.

Flexor 15. Okt 2013

Ich habe da auch nichts gegen. Wobei Roboter sind da schon sehr weit: http://www.youtube...



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