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Magnetimplantate geben Handprothesen ein Bewegungsgefühl
Menschen mit einer Handamputation müssen die Bewegungen ihrer Prothese häufig mit den Augen verfolgen, weil ihnen das natürliche Bewegungsgefühl fehlt. In einem Pilotversuch lösten winzige Magnetimplantate im verbliebenen Unterarm eines Mannes Empfindungen des Öffnens und Schließens der fehlenden Hand aus. Dabei nahm er koordinierte Greifbewegungen statt isolierter Bewegungen einzelner Finger wahr.
Pisa (Italien). Beim Greifen muss der Mensch normalerweise nicht jeden Finger beobachten. Rezeptoren in Muskeln und Sehnen liefern dem Gehirn fortwährend Informationen darüber, wie sich die Hand bewegt. Dieses Bewegungsempfinden heißt Kinästhesie und ist eng mit der Steuerung der eigenen Bewegungen verknüpft.
Nach einer Amputation können die verbliebenen Unterarmmuskeln zwar weiterhin Signale für eine künstliche Hand erzeugen. Die Rückmeldung über die Bewegung der fehlenden Hand ist jedoch unterbrochen. Bei herkömmlichen Prothesen müssen Nutzer deshalb häufig hinsehen, um die Stellung und Bewegungen ihrer künstlichen Finger zu kontrollieren.
Forscher der Scuola Superiore Sant’Anna um Prof. Christian Cipriani haben untersucht, ob sich dieses Gefühl durch eine gezielte Stimulation der verbliebenen Muskulatur wieder hervorrufen lässt. Dafür erprobten sie ihre Schnittstelle sechs Wochen lang an einem 34-jährigen Mann mit einer Unterarmamputation. Entscheidend war nicht die Kraft der Prothese, sondern was der Teilnehmer bei der künstlich ausgelösten Muskelvibration wahrnahm.
Bei dem Verfahren sitzen kleine Dauermagnete in mehreren noch vorhandenen Unterarmmuskeln. Außerhalb des Arms erzeugen elektrische Spulen wechselnde Magnetfelder, die einzelne Implantate gezielt in Schwingung versetzen. Diese Vibration regt Sinnesrezeptoren im Muskel an, ohne dass dafür mechanischer Druck auf die darüberliegende Haut ausgeübt werden muss.
Die Forscher bezeichnen das Verfahren als myokinetisch-kinästhetische Schnittstelle (MKkI). Bei bisher üblichen Vibrationsexperimenten gelangen Bewegungsreize häufig durch die Haut in das Gewebe und lösen dadurch gleichzeitig Haut- und Muskelwahrnehmungen aus. Die magnetische Stimulation sollte diese beiden Informationskanäle besser voneinander trennen.
„Die myokinetisch-kinästhetische Schnittstelle ist einzigartig, weil sie mit einem einfachen, minimalinvasiven Implantat Muskeln stimuliert, ohne die Haut zu berühren“, erklärt Dr. Federico Masiero von der Technischen Universität München (TUM).
Der Teilnehmer wurde bei unterschiedlichen Einstellungen und Frequenzen der Spulen nach seinen Empfindungen befragt. Er beschrieb dabei Bewegungen einer Hand, die körperlich nicht mehr vorhanden war. Seine Angaben und nachgestellten Handhaltungen dienten dem Team dazu, die Art der ausgelösten Wahrnehmung genauer zu erfassen.
Die Forscher hatten zunächst damit gerechnet, durch die Stimulation einzelner Muskeln auch Empfindungen einzelner Finger- oder Gelenkbewegungen auszulösen. Tatsächlich berichtete der Mann vor allem von einem koordinierten Öffnen oder Schließen seiner gesamten Hand. Die empfundenen Bewegungen blieben dabei innerhalb anatomisch plausibler Grenzen.
Das spricht dafür, dass das Gehirn Signale aus der Muskulatur nicht einfach einzelnen Fingergelenken zuordnet. Stattdessen könnte es Bewegungsgefühle in zusammenhängenden Greifmustern organisieren, die Wissenschaftler als Synergien bezeichnen. Einige Reaktionen deuteten zudem darauf hin, dass Bewegungsreize wahrgenommen werden können, ohne dass sie dem Nutzer sofort bewusst werden.