Prothetik: Bionische Prothese zerbricht keine Eier

Ein schwedischer Lkw-Fahrer trägt eine bionische Armprothese, die fest mit seinem Körper verbunden ist. Sie liefert ihm sensorische Rückmeldungen. So kann er damit auch diffizile Aufgaben erledigen: beispielsweise Eier auspacken.

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Bionische Prothese: Anhänger ankuppeln, Schnürsenkel binden
Bionische Prothese: Anhänger ankuppeln, Schnürsenkel binden (Bild: Linda Bränvall, Martin Carlsson/Chalmers)

Schwedische Wissenschaftler haben eine bionische Prothese entwickelt, die mit Knochen, Nerven und Muskeln des Trägers verbunden ist. Gesteuert wird sie wie ein Arm über Gedanken. Ein Schwede trägt den bionischen Arm seit über anderthalb Jahren. Er sei damit der erste überhaupt, der eine Prothese bekommen habe, die auf diese Weise verbunden sei, erklären Forscher von der Chalmers University of Technology in Göteborg.

Der bionische Arm wurde dem Lkw-Fahrer im Januar 2013 implantiert. Er kann damit seiner Arbeit ganz normal nachgehen, also etwa einen Anhänger ankuppeln oder Maschinen bedienen. Die Prothese ist aber auch feinfeinfühlig genug, dass er damit Eier auspacken oder seinen Kindern die Schuhe zuschnüren kann.

Prothese im Knochen verankert

Knochenverankerung oder Ossointegration nennen die Forscher ihr Konzept - von Os, Knochen. Zunächst wurde dem Träger ein Titanimplantat in den Knochen eingesetzt. Ein Ansatzstück ragt durch die Haut, an dem die Prothese befestigt wird. Die Mediziner haben dem Mann Elektroden implantiert, die an den peripheren Nerven sowie an den Muskeln angebracht sind. Darüber wird die Prothese gesteuert: Sie erfassen Signale von Muskeln und Nerven, leiten diese an die Prothese weiter, wo sie in Bewegungen umgesetzt werden.

Der Mann verlor seinen Arm vor rund zehn Jahren. Er trug jahrelang eine Prothese, die über Elektroden auf der Haut gesteuert wurde. Diese Prothesen sind nach Angaben der Chalmers-Forscher zwar ausgereift, aber ihr Steuerungssystem ist oft unzuverlässig.

Verbindung zwischen Mensch und Maschine

Eine Ossointegration hingegen ermögliche "eine dauerhafte Verbindung zwischen Mensch und Maschine", sagt Projektleiter Max Ortiz Catalan. Die Integration umfasse mehrere Ebenen: "Der künstliche Arm ist direkt mit dem Skelett verbunden, was für mechanische Stabilität sorgt. Das biologische Steuersystem des Menschen, also Nerven und Muskeln, ist über neuromuskuläre Elektroden mit dem Steuersystem der Maschine verbunden. Das stellt eine enge Verbindung zwischen dem Körper und der Maschine, zwischen Biologe und Mechatronik her."

Über die Bioschnittstelle wird die Prothese aber nicht nur gesteuert. Der Träger erhält darüber auch Rückmeldungen von der Prothese an das Gehirn. "Eine zuverlässige Kommunikation zwischen Prothese und Körper war das fehlendes Bindeglied für die klinische Umsetzung von neuronaler Steuerung und sensorischer Rückmeldung", sagt Ortiz Catalan.

Intuitive sensorische Rückmeldung

Sie hätten erreicht, dass der Patient dauerhaft Berührungen an verschiedenen Stellen der fehlenden Hand wahrnehme, erklärt Ortiz Catalan. "Eine intuitive sensorische Rückmeldung und Kontrolle sind entscheidend für die Interaktion mit der Umwelt, beispielsweise um ein Objekt trotz Störungen oder Verunsicherung zuverlässig zu halten." Es gebe derzeit noch keine Prothese, die das biete. "Aber wir arbeiten daran, dass sich das bald ändert."

Dir Forscher um Ortiz Catalan beschreiben ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Science Translational Medicine.

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