Bionik: Darpa entwickelt Nervenschnittstellen

Die Darpa lässt Muskel- und Nervenschnittstellen für die Prothetik entwickeln. Statt über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) soll eine Prothese über die umliegenden Muskeln gesteuert werden.

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Nervenschnittstelle Fine: Mehr Potential für Prothesen in naher Zukunft
Nervenschnittstelle Fine: Mehr Potential für Prothesen in naher Zukunft (Bild: Darpa)

Die Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) arbeitet schon seit einigen Jahren an bionischen Prothesen, die über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) gesteuert werden - über Elektroden, die in das Bewegungszentrum des Gehirns implantiert werden. Das Projekt Reliable Neural-Interface Technology (etwa: zuverlässige Technik für Nervenschnittstellen, Re-Net) verfolgt einen anderen Ansatz: Statt mit Signalen aus dem Gehirn sollen die Prothesen mit solchen aus Muskeln oder Nerven gesteuert werden.

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Targeted Muscle Re-Innervation (gezielte Muskel-Wiederinnervation, TMR) heißt eine der Schnittstellen, die im Rahmen von Re-Net entstanden sind. Entwickelt wurde sie von Forschern am Rehabilitation Institute of Chicago (RIC). Dabei werden Signale von Nerven, die bei der Amputation eines Arms oder Beins gekappt wurden, umgeleitet. Die Prothese kann über vorhandene Muskeln gesteuert werden.

Prothesen mit TMR

Das Team aus Chicago hat eine Armprothese für einen Veteranen konstruiert, der im Irak seinen rechten Arm verloren hat. Im vergangenen Jahr war ein Mann, dem nach einem Motorradunfall sein rechtes Bein amputiert wurde, mit einer Beinprothese die Treppen eines 103 Stockwerke hohen Gebäudes in Chicago hinaufgestiegen. Die TMR-gesteuerte Prothese war ebenfalls am RIC konstruiert worden.

Forscher an der Case Western Reserve University in Cleveland im US-Bundesstaat Ohio haben eine Schnittstelle für Gefühl entwickelt. Sie setzen dem Amputierten eine Elektrode ein, die als Schnittstelle zu den Nerven dient, eine Flat Interface Nerve Electrode (Fine). Die Elektrode verbindet Nerven mit Sensoren in der Prothese. Der Nutzer erhält so ein Gefühl für die Finger seiner Prothese.

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Vorteil sei, dass der Nutzer eine Rückkopplung bekomme, wenn er etwas greife, erklärt die Darpa. Die meisten heute existierenden Prothesen könne der Amputierte nur auf Sicht kontrollieren. Das mache Handlungen, bei denen er nicht auf Sicht agieren könne, etwa in einer Tasche zu kramen, schwierig. Fine erleichtere das.

  • TMR: Muskelsignale werden abgenommen, um eine Prothese zu steuern (Bild: Darpa)
  • Fine: Eine Elektrode übermittelt sensorische Daten an Nervenzellen. Der Prothesenträger spürt, wenn er etwas greift. (Bild: Darpa)
TMR: Muskelsignale werden abgenommen, um eine Prothese zu steuern (Bild: Darpa)

Die Re-Net-Schnittstellen näherten sich der Leistungsfähigkeit der BCIs, mit denen heute schon Prothesen mit vielen Freiheitsgraden gesteuert werden können, erklärt Projektleiter Jack Judy. Allerdings seien die Re-Net-Schnittstellen einfacher und weniger riskant zu implantieren. Er glaubt deshalb, dass sie in der Prothetik für die nahe Zukunft mehr Potential haben als die Gehirnimplantate, an deren Langzeitbrauchbarkeit die Forscher noch arbeiten.

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