Ein Ei zu knacken ist eine Herausforderung - üben Sie zu viel Druck aus, und die Schale zerbricht. Wenden Sie zu wenig an, damit sie nicht zerbricht. Für Amputierte sind solche Aufgaben mit „genau richtigem“ Druck so gut wie unmöglich, da der Körper kein Feedback von Prothesen erhält. Jetzt helfen neue Forschungen zwei Männern mit Amputationen dabei, einen taktilen Druck zu spüren, ein Durchbruch, der eines Tages die Funktionsweise von Prothesen mit dem Körper verändern könnte.
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Die Studie, die heute in der Fachzeitschrift Science Translational Medicine veröffentlicht wurde, beschreibt eine neue Art von Armprothese, die berührungsempfindliche Elektroden in das Nervensystem des Körpers integriert. Die Forscher nutzten das Gerät, um mehr darüber zu erfahren, wie das Nervensystem Informationen über die taktile Intensität - die Intensität der Berührung - an den Körper überträgt.
Zwei Männer mit Amputationen wurden mit dem Prothesensystem ausgestattet, das Drucksensoren an der Handprothese und einen Stimulator umfasst, der diese Druckinformationen auf Elektrodenmanschetten überträgt, die um drei Nervensätze implantiert sind, die die Handbewegung steuern. Wenn die Männer ihre Handprothesen benutzen, senden sie elektrische Impulse mit Informationen über den Druck direkt an die handsteuernden Nerven, die wiederum das Gehirn stimulieren. Das Gehirn interpretiert dann die von den Elektroden gesendeten Intensitätsinformationen.
In einer Reihe von Tests stellten die Forscher fest, dass ihre Probanden 20 taktile Intensitätsstufen unterscheiden können. Sie konnten nicht nur zwischen ähnlichen Intensitätsstufen unterscheiden, sondern auch die Berührungsintensität bewerten und mit der Intensität der nicht-prothetischen Hand vergleichen und sogar anpassen.
Da die Männer keine Nervenfasern in ihrer Prothese haben, sind diese Ergebnisse eine große Sache. Noch wichtiger war jedoch, dass die Forscher anhand ihrer Beobachtungen bestimmten, wie neuronale Reaktionen auf Berührungen tatsächlich funktionieren.
Diese Experimente legen nahe, dass bei durch Berührung aktivierten Neuronen sowohl die Feuerrate als auch die Anzahl aktivierter Neuronen Informationen darüber liefern, was vor sich geht. Diese Informationen eröffnen potenzielle Möglichkeiten, wie zukünftige Prothesen taktile Informationen besser integrieren könnten, was für Amputierte ein Coup wäre.
"Wenn Sie Ihren Tastsinn verlieren, müssen Sie einen der anderen Sinne verwenden, um eine Verbindung zu dem Objekt herzustellen, das Sie aufnehmen", sagte Jared Howell, Direktor für Orthopädie und Prothetik am Baylor College of Medicine, der nicht daran beteiligt war Die Studie erzählt Smithsonian.com.
Howell, der in seiner klinischen Praxis mit Amputierten zusammenarbeitet und die Forschung leitet, um bessere Prothesen zu entwickeln, ist der Ansicht, dass Amputierte gezwungen sind, sich auf das Sehen statt auf die Berührung zu verlassen, was sie daran hindert, sich in vollem Umfang an anderen Aktivitäten zu beteiligen, die ihren Sehsinn erfordern. "Sie verlieren tatsächlich ein Maß an Unabhängigkeit und Funktion, das sie sonst hätten", sagt er.
Die Forscher hoffen, ihre Arbeit in Zukunft als Grundlage für Forschungen zu nutzen, die eine bessere Prothetik ermöglichen oder sogar Robotern ermöglichen könnten, taktile Informationen an den Menschen zu übertragen. Mit den experimentellen Prothesen können jedoch zwei Männer komplexe Dreharbeiten ausführen, Hunde laufen lassen und Eier knacken - Aufgaben, die früher mit relativ klobigen, nicht-neuralen Prothesen unüberwindbar schienen.
"Wir werden niemals die wahre Funktion wiederherstellen, bis wir das Gehirn dazu bringen, mit dem Prothesensystem zu interagieren", sagt Howell. Die kürzlich angekündigte Untersuchung könnte ein entscheidender Schritt auf diesem Weg sein - wenn diese Technologie letztendlich für mehr als zwei Personen zugänglich ist.
In der Zwischenzeit werden die Forscher weiterhin den Code zur Interaktion des Körpers mit seinem Tastsinn, jeweils einem Neuron (und einem Ei), auflösen.
