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Montag, 21.05.2012

Gelähmte steuern Roboter mit ihren Gedanken

Ein Chip im Gehirn macht es trotz Behinderung möglich, selbstständig nach der Tasse zu greifen und diese festzuhalten.

Von Anja Garms

Die Frau streckt den Arm aus, greift nach einem Becher, führt ihn zum Mund und trinkt einen Schluck Kaffee. Was banal klingt, ist für viele Wissenschaftler – und vor allem für die Frau selbst – eine kleine Sensation: Denn sie ist seit 15 Jahren vom Hals abwärts gelähmt. Der Arm, den sie steuert, ist nicht ihr eigener, sondern ein in Deutschland entwickelter Roboter-arm. Sie bewegt ihn selbst, gesteuert von einem Implantat in ihrem Gehirn. Allein die Kraft der Gedanken reicht dafür nun aus. Von diesem und einem weiteren Versuch mit einem 66-jährigen Mann berichtet ein Forscherteam aus Deutschland und den USA jetzt im Fachblatt „Nature“.

Das Kaffeetrinken sei die bisher komplexeste Funktion, die jemals jemand über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgeführt habe, schreiben die Wissenschaftler. Eine praktische Anwendung der Technik sei trotz der Erfolge jedoch noch einige Jahre entfernt, betont Leigh Hochberg von der Brown University in Providence.

Die zum Zeitpunkt der Untersuchung 58-jährige Frau hatte bereits 2005 ein Hirnimplantat erhalten. Es funktioniert wie ein Sensor, der über winzige Elektroden die Nervensignale aus dem Gehirn an einen Computer leitet. Dieser ist mit dem Roboterarm verbunden und wandelt die Nervensignale in Bewegungen um. Dieser Roboterarm wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen gebaut.

Die Signale stimmen noch

Es sei bemerkenswert, dass die Nervensignale auch 15 Jahre nach dem Auftreten der Lähmung ausreichten, um ein externes Hilfsgerät wie den Arm zu steuern, schreiben die Forscher um Hochberg. Zudem sei ermutigend, dass das Implantat noch funktioniere, obwohl es bereits fünf Jahre vor den aktuellen Versuchen eingesetzt worden sei. Eine langfristige Funktionsfähigkeit sei eine zentrale Voraussetzung, um Hirnimplantate bei Gelähmten möglicherweise routinemäßig einzusetzen.

In ihrem Bericht stellen die Forscher einen weiteren durch Hirnschlag gelähmten Patienten vor. Der 66-Jährige bekam fünf Monate vor Beginn der Tests das Hirnimplantat. Beide Probanden hatten in ersten Experimenten zunächst trainiert, über das Implantat kraft ihrer Gedanken einen Computer-Cursor zu steuern. Um den Roboterarm zu bewegen, stellten sich die Patienten dann einfach vor, sie würden die Bewegungen mit ihrem eigenen Arm ausführen. Besonders anstrengend sei das nicht, berichteten die beiden nach den Versuchen.

Großer emotionaler Moment

In den ersten Tests übten sie zunächst auch mit einem anderen Roboterarm, der als gewöhnliche Armprothese entwickelt worden war, nach kleinen Schaumstoffbällen zu greifen. Einem Probanden gelang dies in 62 Prozent aller Versuche, dem anderen in 46 Prozent. Danach lernte die Patientin dann, mit dem DLR-Roboterarm nach einem Becher Kaffee zu greifen. Das erste Mal nach 15 Jahren. „Das war für alle Beteiligten ein großer emotionaler Moment“, sagte DLR-Projektleiter Patrick van der Smagt.

Weitere Entwicklungen sollen zudem den Gelähmten möglicherweise einmal noch sehr viel geschicktere Bewegungen mit dem Roboterarm ermöglichen, hoffen die Forscher. Derzeit sei das einfache Greifen aber das Wichtigste. Es sei für diese Menschen enorm befreiend, da dies ihnen die Fähigkeit wiedergäbe, selbstständig zu essen und zu trinken.

Ein Fernziel bleibt dabei noch: Künftig soll das Gehirn nicht mit einem Roboterarm verbunden werden, sondern direkt die gelähmten Muskeln ansteuern und diese etwa über ein entsprechendes Gerät elektrisch stimulieren, sodass sie dem Willen folgend Bewegungen ausführen können. Mit Affen sind solche Versuche schon recht erfolgversprechend verlaufen.

Die Entwicklung des genutzten Braingate-Systems wurde von den US-Gesundheitsbehörden NIH gefördert.

Für eine solche Technik seien Jahrzehnte an Forschung nötig gewesen, betonte NIH-Abteilungsleiter Story Landis. (dpa)