Gelähmte steuern Roboter-Arm kraft ihrer Gedanken

Zoom Eine vom Hals abwärts gelähmte Frau trinkt Kaffee aus einem Becher, der ihr von einem Roboterarm gereicht wird. Sie bewegt den Arm über ein in ihr Gehirn eingesetztes Implantat. Foto: John Donoghue et al/ Nature

Oberpfaffenhofen/London (dpa) - 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 über ein in ihr Gehirn eingesetztes Implantat, und zwar allein mit der Kraft ihrer Gedanken. Von diesem und einen weiteren Versuch mit einem 66-jährigen Mann berichtet ein Forscherteam aus Deutschland und den USA im Fachblatt «Nature».

Das Kaffeetrinken sei die bisher komplexeste Funktion, die je jemand über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgeführt habe, schreiben die Wissenschaftler. Eine praktische Anwendung der Technik sei trotz der Erfolge jedoch noch Jahre entfernt, betont Hauptautor 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 einem Roboter-Arm verbunden und wandelt die Nervensignale in Bewegungen um. Der Arm stammt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen.

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.

In den ersten Tests übten sie zunächst auch mit einem anderen Roboter-Arm, der als Prothese für Arm amputierte entwickelt worden war, nach kleinen Schaumstoffbällen zu greifen. Einem Probanden gelang dies in 62 Prozent aller Versuchen, dem anderen in 46 Prozent. Danach lernte die Patientin dann, mit dem DLR-Roboterarm nach einem Becher Kaffee zu greifen. Nach einer kurzen Eingewöhnungszeit gelang ihr das in vier von sechs Versuchen.

Als sie das erste Mal nach 15 Jahren den Strohhalm berührte, habe die Frau gelächelt. «Das war für alle Beteiligten ein großer emotionaler Moment», sagte DLR-Projektleiter Patrick van der Smagt. Weitere Entwicklungen erlaubten Gelähmten möglicherweise einmal viel geschicktere Bewegungen, hoffen die Forscher. Derzeit sei das einfache Greifen für solche Menschen enorm befreiend, da sie ihnen die Fähigkeit wiedergäben, selbstständig zu essen und zu trinken.

Das Implantat - und damit der Patient - werde noch über Kabel mit dem System verbunden, erläuterte Hochberg. Wünschenswert sei eine kabellose Signalübertragung. Außerdem sei es noch nötig, das System vor dem Einsatz etwa eine halbe Stunde lang zu kalibrieren. Zudem müssten Präzision und Geschwindigkeit verbessert werden.

Ein Fernziel sei es, das Gehirn nicht mit einem Roboter-Arm zu verbinden, sondern direkt die gelähmten Muskeln anzusteuern und diese etwa über ein entsprechendes Gerät elektrisch zu stimulieren. In Affen seien solche Versuche 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.