Wie sich Prothesen in die Körpererfahrung integrieren lassen

Ein neuartiges Konzept, das virtuelle Realität und künstliche taktile Empfindungen miteinander kombiniert, vermittelt zwei Handamputierten das Gefühl, ihre Handprothese gehöre zu ihrem Körper.

Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL zeigen, dass das von den Betroffenen gespürte Phantomglied tatsächlich in die Prothese gleichsam hineinwachsen kann. Denn der bekannte Spruch „Seeing is believing“ reicht nicht aus, um den Amputierten beim Umgang mit ihren Prothesen zu helfen. Viele wenden sich von den Prothesen ab, weil die vermissten Gliedmaßen schlicht nicht zu den Prothesen passen. Anders gesagt, die eigene Wahrnehmung des fehlenden Körperteils oder dessen Repräsentation im Gehirn stimmt für die Patienten nicht mit dem überein, was sie von der Prothese sehen.

Das zugrunde liegende Problem ist doppelter Natur. Amputierte nehmen die fehlenden Gliedmaßen immer noch wahr, und diese Phantomgliedmaßen werden als wesentlich kleiner empfunden als die ursprünglich vorhandenen. Darüber hinaus liefern die verfügbaren Prothesen abgesehen vom visuellen Eindruck kein sensorisches Feedback, so dass den Betroffenen der Tastsinn über die Prothesen abgeht und sie sich daher deren korrekte Benutzung nur über das ständige Beobachten erschließen können.

Das Gehirn überlisten

In einer wissenschaftlichen Kooperation unter der Ägide der EPFL haben Forscher zeigen können, wie sich Amputierte tatsächlich davon überzeugen lassen, ihre prothetische Hand gehöre zum eigenen Körper. Dazu haben sie sich etablierter Forschungsergebnisse über die Funktionsweise des Gehirns bedient, was nämlich die Identifikation der zum Körper gehörenden Gliedmaßen betrifft. Dabei kam nicht allein der Gesichtssinn zum Einsatz, sondern vielmehr dessen raffinierte Kombination mit dem Tastsinn. Das Ergebnis wird im Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry dargelegt.

„Das Gehirn nutzt normalerweise seine Sinne, um einzuschätzen, was zum Körper gehört und was nicht. Wir haben präzise gezeigt, wie sich Sehen und Tastsinn kombinieren lassen, um das Gehirn des Amputierten glauben zu machen, es fühle, was es sehe, und somit die Handprothese als zugehörigen Körperteil zu betrachten. Hinzu kommt der Effekt, dass das Phantomglied in die Prothese hineinwächst“, erklärt Giulio Rognini , der im Laboratory of Cognitive Neuroprosthetics der EPFL unter der Leitung von Olaf Blanke mit Silvestro Micera von der EPFL und der Scuola Superiore Sant’Anna in Italien zusammenarbeitet. Die Lösung lasse sich leicht transportieren und könne einmal in eine Therapie überführt werden, die Patienten helfe, ihre Prothesen als ihnen permanent zugehörig zu empfinden.

Bei zwei handamputierten Patienten lösten die Wissenschaftler an der Fingerspitze der Phantomhand künstliche taktile Empfindungen aus, indem sie die Nerven im Armstumpf stimulierten. Gleichzeitig trugen die Patienten VR-Brillen, welche die Zeigefinger der Prothesen synchron mit den Tastreizen aufleuchten ließen.

Die Kombination von VR mit künstlichen Tastsinnesreizen führt die Puppenhand-Illusion auf eine neue Ebene. Beide Patienten wussten über das Gefühl zu berichten, ihre Handprothese gehöre zu ihrem eigenen Körper. Auf die Bitte hin, die Position ihrer Hände einzuschätzen, fühlten beide Patienten dass sich ihre Phantomhände in die Abmessungen der Prothesen eingepasst hatten. Vor dem Experiment empfanden dagegen beide Patienten die Phantomhände als klein und direkt am Armstumpf verbunden, so als ob der Unterarm gefehlt hätte. Während des Experiments vergrößerten sich die Phantomgliedmaßen, und verblieben bis zu zehn Minuten danach in dieser Position.

Der Versuch verlangt den Patienten lediglich die passive Wahrnehmung zweier Sinnesreize an der Fingerspitze ab, das mit den künstlichen Berührungen gekoppelte synchrone Aufleuchten, um ein Gefühl der körperlichen Einbindung und der Ausdehnung der Phantomgliedmaßen zu vermitteln. Erstmals wurden die Prinzipien der multisensorischen Integration, besonders der Art und Weise, wie das Gehirn körperliche multisensorische Informationen zusammenfügt, um eine kohärente und überzeugende Körpererfahrung zu entfalten, auf die körperliche Wahrnehmung einer Handprothese und die Reduktion des Teleskopeffekts bei Phantomgliedmaßen zugeschnitten.

Ergebnisse europäischer Zusammenarbeit

Die Arbeit baut auf bahnbrechenden früheren Forschungsarbeiten auf. Im Jahr 2014 konnten Forscher im Rahmen einer europäischen Initiative unter der Ägide der EPFL eine der größten Hürden überwinden, die es den Amputierten unmöglich machte, mit ihren Prothesen in Echtzeit zu fühlen. Die Information über Berührungen wurde von den mit Sensoren ausgestatteten Fingerspitzen der Prothesen via Elektroden, die mit den wichtigen Nerven in den Armstümpfen verdrahtet waren, direkt in das Nervensystem übertragen. Das Potential dieser Verfahren wird immer noch geprüft, und zwei Jahre später, 2016, gelang es, mit weiter entwickelten Methoden, den Amputierten unterschiedliche Texturen erspüren zu lassen.

Links:

Youtube Video: https://youtu.be/YRF5sqx6seU

DOI : http://dx.doi.org/10.1136/jnnp-2018-318570

https://actu.epfl.ch/news/amputee-feels-in-real-time-with-bionic-hand/

Bild: Still aus dem Video. Quelle: EPFL