Für uns ist es so normal, dass es uns nicht auffällt: Überall in unserem Körper sitzen Sensoren, die unsere Haltung, die Spannung der Muskeln und die Beugung der Gelenke registrieren und ans Gehirn melden. Diese Informationen verleihen uns die Eigenwahrnehmung – ein Gefühl dafür, wie wir gerade stehen, sitzen oder liegen und was unsere Gliedmaßen gerade tun. Diese Propriozeption hilft uns auch dabei, Bewegungen präzise und mit wohldosierter Kraft auszuführen. Doch wenn ein Bein oder Arm amputiert wurde und eine Prothese dessen Funktion übernimmt, bleibt diese Rückmeldung bisher aus. Trotz vieler Versuche ist es bisher nicht gelungen, Prothesen zu konstruieren, die eine echte Propriozeption gewähren. Einer der Gründe dafür: Die elektrischen Signale, mit denen die unzähligen Sensoren in Haut, Muskeln und anderen Geweben ihre Rückmeldung ans Gehirn geben, sind komplex und ihre “Sprache” bisher nicht vollständig entschlüsselt.
Verpflanzte Muskeln als Bindeglied
Tyler Clites vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge und seine Kollegen sind deshalb einen anderen Weg gegangen: Sie lassen für ihre “mitfühlende” Prothese die Sensoren und Muskeln des Betroffenen selbst sprechen. “Mit diesem Ansatz müssen wir die elektrische Sprache der Sensoren nicht selbst sprechen”, erklärt Clites. “Die biologischen Sensoren übersetzen für uns mechanische Dehnung in elektrische Signale, die vom Gehirn als Informationen über Position, Tempo und Kraft interpretiert werden.” Bei inzwischen zehn Patienten haben die Forscher ihr sogenanntes Agonist-Antagonist Myoneural Interface (AMI) bereits umgesetzt und implantiert.
Das Entscheidende beim neuen Verfahren geschieht bereits bei der Amputation der betroffenen Gliedmaßen: Statt beispielsweise den Unterschenkel komplett zu entfernen, präparieren die Chirurgen zunächst ein oder zwei Muskelpaare heraus und verpflanzen diese in den Beinstumpf. Dort verbinden sie diese Paare aus gegeneinander arbeitenden Muskeln mit Sehnen und Nerven des Beinrests – und schaffen so die Verbindung zum Nervensystem des Patienten. “Wenn sich diese Agonisten und Antagonisten bewegen, werden über die Nerven Informationen zum Gehirn gesendet”, erklärt Co-Autor Hugh Herr vom MIT. “Das ermöglicht es dem Patienten, die Bewegung dieser Muskeln zu spüren, sowohl ihre Position als auch Geschwindigkeit und Belastung.”
Der Clou dabei: Über Elektroden sind diese in den Beinstumpf verpflanzten Muskeln mit der Prothese verbunden. Bewegt sich diese nun, beispielsweise beim Gehen, dann sendet sie Signale an die Elektroden, die die Muskeln im Stumpf zu passender Dehnung oder Kontraktion bringen. Deren natürliche Nervensignale geben dem Gehirn dann eine Rückmeldung über die Bewegung und verleihen dem Träger des AMI eine Art Propriozeption der Prothese. “Das ermöglicht es dem Patienten, die Bewegung ihres bionischen Knöchels tatsächlich zu spüren”, erklärt Herr. “Wir schließen damit die Lücke zwischen dem peripheren Nervensystem und der bionischen Prothese.”
