Bionik: Beinprothese wird mit umgelenkten Nerven gesteuert

US-Wissenschaftler haben eine Beinprothese entwickelt, die über Signale aus dem Gehirn gesteuert wird. Die Signale werden über umgelenkte Nerven in der Beinmuskulatur verstärkt.

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Bionische Prothese: nahtloser Wechsel vom Gehen auf geradem Untergrund zum Treppensteigen
Bionische Prothese: nahtloser Wechsel vom Gehen auf geradem Untergrund zum Treppensteigen (Bild: RIC)

US-Wissenschaftler haben eine bionische Beinprothese gebaut, die von ihrem Träger auf neuartige Weise mit Signalen aus dem Gehirn gesteuert wird. Er kann mit dem robotischen Bein Treppen steigen und sogar mal gegen einen Ball treten.

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Träger der Prothese ist ein 32-jähriger Mann, dessen Bein 2009 nach einem Motorradunfall oberhalb des Knies amputiert werden musste. Eine Forschergruppe um Levi Hargrove vom Rehabilitation Institute of Chicago hat für ihn die bionische Prothese entwickelt.

Gesteuert wird diese durch Nervensignale aus dem Gehirn des Trägers. Neu ist, dass diese Signale durch Muskeln im Bein verstärkt werden. Dazu verlegten die Ärzte zwei Nervenstränge, die vorher zu den Muskeln im Unterschenkel führten, zum hinteren Oberschenkelmuskel.

Signalverstärkung

Targeted Muscle Reinnervation (etwa: selektive Nervenumlenkung) nennt sich das Verfahren. Dabei werden Nerven aus dem Stumpf mit einem Muskel verbunden, damit der die motorischen Signale aus dem Gehirn verstärkt. Die Prothese ist mit Sensoren ausgestattet, die sowohl die elektrischen Signale der normalen Oberschenkelmuskulatur als auch die umgeleiteten Muskelsignale erfassen.

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Diese elektromyographischen Signale werden von einem Mustererkennungsalgorithmus in einem Computer verarbeitet. Dieser setzt die Signale in Steuersignale für die Aktoren der Prothese um. Wenn der Träger also denkt, er beuge das Knie, erkennt das der Computer und beugt das Knie der Prothese.

Gehen und Treppensteigen

Die Prothese ist zudem mit weiteren Sensoren ausgestattet. Diese Daten würden kombiniert, um "die vom Patienten beabsichtigten Bewegungen zu interpretieren", schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift New England Journal of Medicine. "Das ermöglicht eine zuverlässige und intuitive Steuerung des Gangs - inklusive des nahtlosen Übergangs zwischen Gehen auf ebenem Untergrund, auf Treppen und Rampen - sowie die Fähigkeit, das Bein zu verlagern, während der Patient sitzt."

Targeted Muscle Reinnervation (TMR) wurde am RIC im Zuge des von der Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) finanzierten Projekts Reliable Neural-Interface Technology (etwa: zuverlässige Technik für Nervenschnittstellen, Re-Net) entwickelt. Ziel von Re-Net ist, Prothesen zu schaffen, die mit EMG-Signalen gesteuert werden.

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