Walk Again Center: Exoskelett hilft Patienten beim Laufenlernen
Übermenschliche Kräfte durch robotische Systeme – damit werden Exoskelette gern assoziiert. Doch die Anziehroboter können nicht nur Arbeiter beim Heben unterstützen. Systeme wie Rewalk aus Israel oder X1 der US-Raumfahrtbehörde Nasa etwa können auch dabei helfen, nicht oder kaum noch vorhandene Körperfunktionen zumindest teilweise wieder zu reaktivieren.
Das Walk Again Center(öffnet im neuen Fenster) ist eine ambulante Reha-Einrichtung in Berlin, die mit solchen Systemen arbeitet. "Unser Konzept ist, High-Tech-Systeme unter einem Dach mit konventionellen Methoden anzubieten, damit die Patienten sowohl von klassischen Methoden als von auch Roboter-gestützten Methoden profitieren", erklärt Alexey Grinchenko, ärztlicher Direktor des Walk Again Center, im Gespräch mit Golem.de. Diese Kombination sei einzigartig.
Patienten sollen wieder laufen lernen
Behandelt werden hier Patienten mit motorischen Einschränkungen, etwa durch eine Verletzung der Wirbelsäule infolge eines Schlaganfalls oder Schädel-Hirn-Traumas. Dabei kommen verschiedene Systeme zum Einsatz: Mit Hilfe des Hybrid Assistive Limb(öffnet im neuen Fenster) (HAL), das von dem japanischen Unternehmen Cyberdyne(öffnet im neuen Fenster) entwickelt wurde, sollen gehbehinderte Menschen wieder das Laufen erlernen.
HAL ist ein Exoskelett, das außer in der Medizin auch in der Industrie eingesetzt wird, um Menschen mehr Kraft zu verleihen. Eine spezielle Version hat Cyberdyne für den Einsatz im zerstörten Atomkraftwerk Fukushima konstruiert.
Armeo ist für das Armtraining
Vom Schweizer Unternehmen Hocoma(öffnet im neuen Fenster) stammen die beiden Geräte Lokomat Pro(öffnet im neuen Fenster) und Armeo Spring(öffnet im neuen Fenster). Wie der Name schon andeutet, ist dieses System für das Armtraining: Das Gerät entlastet über einen Federmechanismus den Arm. Der Patient macht dann seine Übungen, die individuell für ihn angepasst werden.
Der Armeo ist dabei mit einem Computer gekoppelt. Bei den Übungen steuert der Patient beispielsweise einen Cursor und imitiert so Handlungen des täglichen Lebens oder er trainiert den lädierten Arm mit Hilfe eines Computerspiels. Der Computer zeichnet die Leistungen auf, so dass Therapeut und Patient die Fortschritte sehen können.
Lokomat hilft beim Gehen
Lokomat und HAL werden für das Training der Beine eingesetzt. Der Lokomat ist ein Gangtrainer, der konventionelle mit Roboter-gestützter Rehabilitation kombiniert: Das Gerät besteht aus drei Komponenten – dem Laufband, dem Gewichtentlastungssystem und den motorbetriebenen Orthesen für die Beine. Der Patient wird im System eingespannt und die Gewichtentlastung wird seiner aktuellen Kondition angepasst. Der Lokomat gibt dem Patienten vom Therapeuten individuell eingestellte Gangmuster vor, die Motoren geben so viel Unterstütztung wie nötig um, die Bewegungen durchzuführen. So sollen gespeicherte Bewegungsmuster abgerufen werden und der Patient wieder laufen lernen.
Dabei unterstützt der Lokomat nicht nur den Patienten. Die Therapeuten können sich nun auf das wesentliche konzentrieren: das Laufen. Die schwere physische Arbeit wird vom Roboter übernommen. Am Walk Again Center wird diese Art der Therapie nicht nur bei Erwachsenen eingesetzt. Die Berliner setzen das Gerät auch bei Kindern ab etwa zwei Jahren ein. Das sei eher ungewöhnlich, dass man beide Optionen unter einem Dach anbietet, sagt Grinchenko.
HAL reagiert auf Nervenimpulse
Anders als der Lokomat ist HAL ein aktives System, das mit Neuro-Feedback arbeitet: Für die Therapie mit HAL wird der Patient an einem Entlastungssystem, das das Gewicht des Exoskeletts trägt, auf dem Laufband aufgehängt. Will der Patient sein Bein bewegen, erfassen die Elektroden die entsprechenden Signale und leiten sie an die Motoren von HAL weiter, die den Patienten dann bei der Bewegung unterstützen. Die Muskeln wiederum senden an das Gehirn die Meldung, dass sie sich bewegt hätten.
HAL hat damit wenig gemein mit Systemen wie Rewalk oder Ekso Bionics: Das sind Exoskelette, die den Körper stützen und die Beine bewegen, und so Querschnittgelähmten immerhin ermöglichen, zu gehen.
Aber Grinchenko will mehr.
Laufen mit HAL
"Unser Ziel ist, dass die Patienten langfristig mobiler werden und nicht auf bestimmte Systeme angewiesen sind." Dabei setzen die Berliner auf Neuroplastizität(öffnet im neuen Fenster) – das ist die Fähigkeit von Nervenzellen und dem Gehirn, die Funktion zu verändern.
Nutzt ein Patient beispielsweise seine Beine über einen langen Zeitraum, verändert sich der Motorcortex(öffnet im neuen Fenster). Das ist der Teil des Gehirns, der Bewegungen steuert, sprich: die Muskeln in Armen oder Beinen anweist, sich zu bewegen. Diese wiederum liefern eine Rückmeldung an das Gehirn über die Bewegung.
Das Gehirn braucht Rückmeldung...
Fehlt die Rückmeldung aus einem bestimmten Areal, etwa den Beinen, verändert sich der Motorcortex: Die Areale, die die Beine gesteuert haben, werden für die Steuerung der Arme eingesetzt – das lässt sich per funktionaler Magnetresonanztomographie (MRT) nachweisen.
Diese Veränderung ist aber auch reversibel – mit Hilfe von HAL: Das System wird gesteuert durch elektromyographische Signale(öffnet im neuen Fenster), die von Elektroden auf der Haut erfasst werden. Aufgrund der Rückenmarksverletzung oder eines Schlaganfalls sind die Signale, die vom Gehirn beim Muskel ankommen, zu schwach, um eine Bewegung auszulösen. Die Elektroden sind aber empfindlich genug, um diese Signale zu erkennen.
... und verändert sich
Auch wenn die Impulse aus dem Bein aufgrund der Verletzung der Nervenbahn nur schwach sind, reagiert das Gehirn darauf. Wird diese Therapie langfristig und intensiv eingesetzt, lernt das Gehirn wieder, Schritte auszuführen. Dadurch verändert es sich: Nach zwölf Wochen Therapie konnten die Wissenschaftler im MRT sehen, dass die Arm-Areale kleiner, die Bein-Areale größer wurden.
Wichtig dafür ist, dass die Patienten die Bewegungen häufig wiederholen. Grinchenko vergleicht das mit einem Kleinkind, das laufen lernt: Das beschäftige sich 46 Prozent seiner Zeit mit dem Laufenlernen, wodurch im Monat 150.000 bis 200.000 Schritte zusammenkommen. Eine solche Laufleistung sei mit einer konventionellen Therapie nicht zu erzielen. Um die Neuroplastizität zu aktivieren, muss der Patient aber eine Bewegung sehr oft wiederholen. Mit den robotischen Systemen kann er das mindestens zwei Stunden am Tag – wobei er gleichzeitig auch die Muskulatur Schritt für Schritt wieder aufbaut.
Es ist nie zu spät, anzufangen
Voraussetzung für die Therapie mit HAL sei, dass in den Beinen noch Restimpulse ankämen, eine also inkomplette Querschnittslähmung, betont Grinchenko. Zwar sei es besser, möglichst früh mit der Behandlung zu beginnen. Aber sie hätten auch schon mit Patienten, die jahrelang im Rollstuhl säßen, deutliche Erfolge erzielt.
Sie könnten keine Wunder vollbringen, sagt Grinchenko – "noch nicht". Aber dass ein solcher Patient mit Hilfe von zwei Unterarmstützen wieder gehen könne, sei durchaus möglich. "Das ist auch ein sehr emotionales Geschäft: Wenn Patienten, die seit Jahren nicht mehr gelaufen sind, dann auf einmal auf dem Laufband stehen und laufen und anfangen zu weinen – das ist das, was uns motiviert, das weiter aufzubauen, um noch mehr Patienten den Zugang zu der Therapie zu geben."
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