Hightech-Prothetikarme geben Amputierten Fingerfertigkeit und Fingerspitzengefühl

Touch ist eine starke Sensation. Eine, die uns mit der Welt um uns herum verbindet und uns erlaubt, zwischen einem Kätzchen, das gegen unseren Handrücken reibt, und einem scharfen Nagel zu unterscheiden, der aus einer unfertigen Wand hervortritt.

Taktile Empfindungen sind jedoch mehr als eine Art, Objekte zu identifizieren. Sie ermöglichen es uns, die Bewegungen unserer Muskeln fein abzustimmen, da sensorische Informationen von den Muskeln und der Haut an das Gehirn weitergegeben werden. Diese zusätzlichen Informationen machen den Unterschied aus, wie man eine Traube zwischen Daumen und Finger wiegt und viel Traubensaft macht.

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Für Amputierte ist die sensorische Rückmeldung von ihren Prothesen längst nicht mehr gegeben, auch wenn sich die künstlichen Gliedmaßen in den letzten Jahrzehnten zu hochentwickelten Robotergeräten entwickelt haben. Aber zwei Forschungsgruppen, deren Arbeit in der 8. Oktober-Ausgabe von Science Translational Medicine veröffentlicht wurde, versuchen, diesen künstlichen Gliedmaßen eine ganze Reihe von Empfindungen zu geben.

"Der Tastsinn ist eine der Arten, wie wir mit Objekten um uns herum interagieren", sagte Dustin Tyler, Associate Professor für Biomedizintechnik an der Case Western Reserve University und Direktor einer der Forschungsstudien In einer Pressemitteilung heißt es: "Unser Ziel ist nicht nur die Wiederherstellung der Funktion, sondern die Wiederherstellung einer Verbindung zur Welt. Dies ist eine lang anhaltende, chronische Wiederherstellung der Empfindung über mehrere Punkte auf der Hand."

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Männer fühlen fast 20 Punkte auf prothetischen Gliedmaßen

Amputierten mit einem Sinn für Die Gruppe von Forschern, die von Tyler geleitet wurde, implantierte Elektrodenmanschetten in den Unterarm eines männlichen Patienten und den Oberarm eines anderen. Diese Elektrodenarten wickeln sich um das Nervenbündel und dringen nicht in die schützende Membran ein, was langfristig Nervenschäden verursachen kann.

Sensoren an den künstlichen Händen des Patienten gaben Informationen über die Höhe des Drucks an die Elektroden, so dass die Männer bis zu 19 verschiedene Punkte auf ihren Prothesen spüren konnten.

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Ein Studienfach hält eine Kirschtomate. Foto mit freundlicher Genehmigung von Russell Lee.

Um komplexere Empfindungen wie den Unterschied zwischen Schleifpapier und einer glatten Oberfläche zu erzeugen, wandelte ein Computer die Informationen von den Sensoren in unterschiedliche elektrische Signale um. Diese wurden von den peripheren Nerven aufgenommen, die die sensorische Information an das Gehirn weitergaben. Im Laufe der Zeit konnten die Forscher die Signale feinabstimmen, während sich die Patienten darauf einstellten.

"Der Tastsinn wird tatsächlich besser", sagte Keith Vonderhuevel aus Sidney, Ohio, in einer Pressemitteilung. Er verlor seine Hand 2005 und ließ das System im Januar 2013 implantieren. "Sie ändern Dinge am Computer, um das Gefühl zu ändern. Einmal fühlte es sich an, als ob Wasser über meinen Handrücken lief."

Wegen der Notwendigkeit Damit ein Computer die Berührungsempfindungen der Sensoren einstellen kann, funktioniert dieses System derzeit nur im Labor, aber die Forscher erwarten, dass innerhalb von fünf Jahren ein Heimsystem entwickelt wird.

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Bone-Implantat bietet zusätzliche Stärke

Das System von der anderen Gruppe von Forschern, die in Schweden basiert, erzeugt in ähnlicher Weise sensorische Input von der künstlichen Gliedmaße Weg. Die Forscher waren jedoch auch in der Lage, den künstlichen Arm direkt an das Skelett zu befestigen, in einem Prozess, der Osseointegration genannt wird, anstatt den Ansatz des Sockels in kommerziell erhältlichen Prothesen zu verwenden.

"Wir haben die Osseointegration genutzt, um eine langfristige stabile Fusion zwischen Mensch und Maschine zu schaffen, wo wir sie auf verschiedenen Ebenen integriert haben", sagte Max Ortiz Catalan, Wissenschaftler an der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden Autor der Veröffentlichung, in einer Pressemitteilung. "Der künstliche Arm ist direkt am Skelett befestigt und sorgt so für mechanische Stabilität. "

Max Ortiz Catalan (links) und Associate Professor Rickard Brånemark (rechts) mit dem ersten Patienten, der mit dem osseointegrierten Implantatsystem behandelt wurde. Foto mit freundlicher Genehmigung von Katalanisch.

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Darüber hinaus verbanden Catalan und seine Kollegen den Arm der Prothese mit den Resten der Nerven und Muskeln im Arm des Amputierten und vermittelten ihm so einen Tastsinn und die Fähigkeit, die künstliche Gliedmaße zu kontrollieren.

Dies ermöglichte ihm, seine Arbeit als LKW-Fahrer zu behalten, indem er seine Armprothese für Aufgaben wie das Bedienen von Maschinen und das Auspacken von Kisten mit Eiern verwendete. Er verwendet es auch, um die Schnürsenkel an den Schlittschuhen seiner Kinder zu binden.

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"Die zuverlässige Kommunikation zwischen der Prothese und dem Körper war das fehlende Glied für die klinische Implementierung von neuronaler Kontrolle und sensorischer Rückmeldung, und das ist jetzt vorhanden", sagte Catalan.

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Berührung vertieft die Verbindung zur Prothetik

Ein Tastsinn kann Amputierten eine größere Kontrolle über ihre Extremität verschaffen, insbesondere die Höhe des angelegten Drucks. Aber auch ohne diese Empfindung sind die Menschen immer noch in der Lage, künstliche Gliedmaßen mit einer beachtlichen Geschicklichkeit zu kontrollieren, größtenteils aufgrund der sensorischen Rückmeldung, die von den Augen und den Muskeln kommt.

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Aber das Hinzufügen von Berührungsempfinden zu einer Prothese kann Amputierten auf andere Weise zugute kommen. Eine davon ist die Reduktion des Phantomschmerzes, die intensive Empfindung, dass die Gliedmaße noch anhaftet, obwohl sie nicht mehr vorhanden ist.Patienten in den neuen Studien berichteten, dass ihr Phantomschmerz nach dem Gefühl mit der künstlichen Gliedmaße nachließ.

Ein Gefühl der Berührung kann auch Amputierten helfen, sich psychologisch mit ihrer Prothese zu integrieren, so dass sie sie nicht als externes Werkzeug, sondern als Teil ihres eigenen Körpers sehen können. Dies wiederum könnte die Zahl der Amputierten, die ihre Prothese nach kurzer Zeit nicht mehr verwenden, reduzieren und die Qualität ihres Alltags verbessern.

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Das Thumbnail-Bild ist ein Studienthema, das eine Traube aus einem Haufen herauszieht. Foto mit freundlicher Genehmigung von Dale Omori.