Forschende der ETH Lausanne berichten von einem Schritt hin zu Handprothesen mit Gefühl: Dank einer künstlichen Fingerspitze konnte ein Patient mit amputierter Hand die raue oder glatte Beschaffenheit von Oberflächen erfühlen.
Die künstliche Fingerspitze wurde über implantierte Elektroden mit Nerven im Arm des Patienten verbunden. Auch bei Nicht-Amputierten könnte die bionische Fingerspitze ohne Operation mit Nerven verbunden werden, teilte die ETH Lausanne (EPFL) am Dienstag mit. Das eröffne neue Möglichkeiten, Prothesen mit Gefühl zu entwickeln und sicher zu testen.
Der Proband Dennis Aabo Sørensen berichtete, die Stimulation fühle sich fast so an wie das, was er mit seiner echten Hand spüren würde. «Ich fühle meine fehlende Hand noch, sie ist immer zur Faust geballt», sagte Sørensen in der Mitteilung. «Ich fühlte die Oberflächenbeschaffenheit an der Spitze des Zeigefingers meiner Phantomhand.»
Elektrische Impulse vermitteln Textur
Die Wissenschaftler um Silvestro Micera von der EPFL und der Scuola Superiore San'Anna verbanden Nerven in Sørensens Arm über implantierte Elektoden mit der künstlichen Fingerspitze. Eine Maschine bewegte diese anschliessend über verschiedene Flächen. Je nach Textur erzeugten die Sensoren Signale, die in eine Serie aus elektrischen Impulsen übersetzt die Nerven stimulierten.
In 96 Prozent der Fälle konnte Sørensen so raue und glatte Flächen unterscheiden. Er sei der erste Mensch, der Textur mit einer bionischen Fingerspitze unterscheiden konnte, welche mit implantierten Elektroden in seinem Armstumpf verbunden war, schrieb die EPFL.
In früheren Studien hatten die Wissenschaftler bereits andere mit Sensoren versehene Prothesen an diese implantierten Elektroden angeschlossen, die Sørensen das Ertasten von Form und Nachgiebigkeit erlaubten. Die künstliche Fingerspitze erlaubt nun auch eine hohe Auflösung von Textur, wie die Forscher im Fachjournal «eLife» berichten.
Auch ohne Implantate möglich
Das gleiche Experiment war jedoch auch möglich, ohne dass sich Probanden chirurgisch Elektroden einpflanzen lassen mussten. Über feine Nadeln, die vorübergehend mit dem Mittelarmnerv verbunden wurden, konnten die Wissenschaftler die bionische Fingerspitze auch bei nicht-amputierten Personen testen. Diese konnten glatte und raue Flächen in 77 Prozent der Fälle unterscheiden.
Um herauszufinden, ob das Gefühl dem einer echten Fingerspitze ähnelt, massen die Forschenden zudem die Hirnaktivität der Probanden. Tatsächlich aktivierte das Tasten mit der künstlichen und mit der echten Fingerspitze die gleichen Hirnareale.
Die Studie zeige also, wie sich «fühlende» Prothesen auch an gesunden Probanden testen liessen, schrieb die EPFL. Das könnte die Entwicklung beschleunigen. Zudem liessen sich die Erkenntnisse über künstliches Fühlen auch auf Roboter für den chirurgischen Einsatz, für Rettungseinsätze oder für die Fertigung von Produkten übertragen. (sda)
