Gelähmter Mann benutzt Bewegungsabsicht, um Roboterarm zu steuern

Ein 34-jähriger Mann, der gelähmt ist, nachdem er eine Schusswunde erlitten hat, ist der erste Mensch, der eine neuroprothetische Vorrichtung implantiert hat, die für die Bewegungsabsicht verantwortlich ist und ihm ermöglicht, einen Roboterarm mit seinen Gedanken zu kontrollieren.
Dank der neuroprothetischen Vorrichtung kann Sorta einen Roboterarm nur mit seinen Gedanken steuern.
Bildnachweis: Spencer Kellis, Caltech

Erik Sorto, ein zweifacher Vater aus Kalifornien, erlitt im Alter von 21 Jahren eine Schusswunde, durchtrennte sein Rückenmark und ließ ihn seine Arme und Beine nicht mehr bewegen. Dank des neuen Geräts kann Sorto jetzt die Hände schütteln, ein Getränk aufnehmen und sogar "Stein, Papier, Schere" spielen.

"Ich war überrascht, wie einfach es war [den Roboterarm zu kontrollieren]", sagt Sorto. "Ich erinnere mich daran, dass ich diese außerkörperliche Erfahrung gemacht habe und ich wollte einfach nur rennen und high-five machen."

Der Erfolg der neuroprothetischen Vorrichtung ist das Ergebnis eines Gemeinschaftsprojekts, an dem Forscher des California Institute of Technology (Caltech), Keck Medicine der Universität von Südkalifornien (USC) und des Rancho Los Amigos Nationalen Rehabilitationszentrums in Downey, Kalifornien, beteiligt waren.

In der Zeitschrift WissenschaftRichard Anderson, Professor für Neurowissenschaften am Caltech, und Kollegen erklären, wie sie das Gerät implantiert haben und wie es funktioniert.

Bisher konzentrierte sich die Forschung in der Neuroprothetik auf die Implantation von Geräten in den motorischen Kortex - dem Bereich des Gehirns, der die Bewegung steuert. Obwohl dies den Patienten eine gewisse Kontrolle über Roboterglieder ermöglichte, waren die Ergebnisse widersprüchlich, wobei die Bewegung oft stark verzögert oder wackelig war.

Bei diesem Projekt konzentrierte sich das Team auf den posterioren parietalen Kortex (PPC) - die Hirnregion, die eher die Bewegungsabsicht als die Bewegung selbst steuert.

Die PPC-Aktivität wird von winzigen Elektrodenfeldern aufgezeichnet und zur Steuerung des Roboterarms decodiert

Chirurgen von Keck Medicine von USC implantierten zwei kleine Elektroden-Arrays - 4 mm x 4 mm groß - in Sortas PPC. Ein Elektrodenfeld steuert die Reichweite, während die anderen Bedienelemente greifen. Jedes Array besteht aus 96 aktiven Elektroden, die die Aktivität jeder Nervenzelle in der PPC notieren.

Ein Kabel verbindet die Elektrodenarrays mit einem Computersystem, das die Aktivität der Nervenzellen in der PPC liest und diese decodiert, um die Absicht des Gehirns zu bestimmen, mit welchen Bewegungen das Gerät verbunden ist - in diesem Fall ein Roboterarm und ein Computercursor.

Die Operation - durchgeführt am 17. April 2013 - war ein komplexer Vorgang und dauerte laut Team 5 Stunden.

"Diese Arrays sind sehr klein, so dass ihre Platzierung äußerst präzise sein muss und sehr viel Planung erforderte - wir arbeiten mit dem Caltech-Team zusammen, um sicherzustellen, dass wir es richtig hinbekommen", sagt der Neurochirurg Charles Liu, Professor für neurologische Chirurgie und Neurologie Biomedizintechnik bei USC.

"Weil es das erste Mal war, dass jemand diesen Teil des menschlichen Gehirns implantiert hat, war alles an der Operation anders: der Ort, die Positionierung und wie Sie die Hardware verwalten", fügt er hinzu. "Denken Sie daran, dass das, was wir können - die Fähigkeit, die Signale des Gehirns aufzuzeichnen und sie zu decodieren, um den Roboterarm zu bewegen - entscheidend von der Funktionalität dieser Arrays abhängt, die größtenteils zum Zeitpunkt der Operation bestimmt wird. "

Sorta und das Forschungsteam sprechen mehr über das Verfahren im folgenden Video:

Studie bietet Hoffnung für Patienten mit Lähmungen

Sorto begann 16 Tage nach dem Eingriff mit der Rehabilitation im Nationalen Rehabilitationszentrum des Rancho Los Amigos.

Obwohl er seine Gedanken nutzen konnte, um den Roboterarm sofort zu bewegen, brauchte es Wochen des Gedankentrainings, um Armbewegungen zu verfeinern. Jetzt kann Sorta eine Reihe von Aufgaben mit dem Arm ausführen, beispielsweise ein Getränk aufnehmen.

"Er war in der Lage, verschiedene Dinge zu tun", sagte Andersen Die Washington Post. "Er kann Videospiele spielen und Papierscheren scheren, er kann Gegenstände greifen. Und natürlich hatte er ein persönliches Ziel, nämlich die Geschwindigkeit zu kontrollieren, mit der er ein Bier trinkt, also haben wir das zuerst umgesetzt."

Laut der Christopher & Dana Reeve Foundation leben rund 6 Millionen Menschen in den USA mit einer Form von Lähmung - das entspricht fast einem von 50 Amerikanern.

Der Erfolg der neuroprothetischen Vorrichtung hat bisher neurologische Forscher angeregt, was einen weiteren Schritt darstellt, Patienten mit vollständiger oder teilweiser Lähmung zu helfen.

Studienleiterin Christine Heck, außerordentliche Professorin für Neurologie und Co-Direktorin des Neurorestoration Centers bei USC, sagt:

"Wir sind an einem Punkt in der menschlichen Forschung, wo wir große Fortschritte bei der Überwindung vieler neurologischer Erkrankungen machen.

Diese sehr wichtigen frühen klinischen Studien könnten Hoffnung für Patienten mit allen möglichen neurologischen Problemen liefern, zu denen Lähmungen wie Schlaganfall, Hirnverletzung, ALS und sogar Multiple Sklerose gehören. "

Das Projekt läuft weiter, und Sorto verpflichtet sich zu einem weiteren Studienjahr. "Diese Studie hat mir sehr viel bedeutet", sagt er. "So sehr mir das Projekt auch bedurfte, ich brauchte das Projekt. Es ist mir eine große Freude, Teil der Lösung zu sein, um das Leben von gelähmten Patienten zu verbessern."

Die National Institutes of Health, die Boswell Foundation, das Department of Defense und das USC Neurorestoration Center finanzierten die Studie.

Im Dezember 2014 Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine im Internet veröffentlichte Studie Zeitschrift für Neuronale Technik, in der Forscher entdeckten, wie eine 52-jährige querschnittsgelähmte Frau in der Lage war, einen Roboterarm mit ihrem Verstand zu steuern.

In dieser Studie wurden ähnliche Techniken wie in dieser neuesten Forschung beschrieben, obwohl die Elektrodenarrays in den linken motorischen Kortex des Patienten und nicht in den PPC implantiert wurden.

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