Handexoskelett – Feedback verbessert Hirnwellensteuerung

Wissenschaftler an der (EPFL) in Lausanne entwickeln ein leichtes, tragbares Handexoskelett, das mit Gehirnwellen gesteuert wird. Das Gerät verbessert die Leistung von Gehirn-Maschine-Schnittstellen und kann die Greiffunktion bei z. B. Tetraplegie wiederherstellen.

Das Team um Entwickler Luca Randazzo und José Millán hofft, dass das extrem leichtes und mobile Handexoskelett in der Zukunft dazu beitragen kann, Menschen mit Mobilitätseinschränkungen der oberen Extremitäten bei Tätigkeiten des alltäglichen Lebens zu helfen.

Es kann schnell und einfach angelegt und mit einem Klettverschluss an den Gelenken fixiert werden. Dünne Metallkabel verhalten sich wie Sehnen und verlaufen an der Rückseite der Finger, sodass die Handfläche frei für Greifbewegungen bleibt. Angetrieben wird es ober einen am Brustkorb getragenen Motor, der die verschiedenen Drähte zieht bzw. anschiebt, wodurch die Finger gekrümmt oder ausgestreckt werden. Das Design ist variabel und kann an die individuell vorhandenen Fähigkeiten des Patienten entsprechend angepasst werden.

Das Steuerungsinterface kann je nach Bedürfnis und Vorlieben des Nutzers gewählt werden, z. B. ist eine Steuerung via Augenbewegungen für hochgelähmte Tetraplegiker möglich oder smartphone-basierte Stimmensteuerung – ebenfalls möglich ist die Steuerung über ein Headset, das die Gehirnwellen umsetzt.

Unerwartete Gehirnsignale verbessern die Steuerung des Exoskeletts

Die Wissenschaftler entschieden einen Schwerpunkt auf die Gehirnwellensteuerung über ein EEG Headset legen, das die Gehirnwellen des Nutzers misst, während er die Exoskeletthand benutzt. Es zeigte sich, dass die von dem Exoskelett ausgelösten Handbewegungen Gehirnmuster hervorrufen, die bei nicht eingeschränkter Handbewegung typischerweise vorkommen. Die Forscher fanden aber auch heraus, dass durch das Exoskelett ausgelöste Handbewegungen in Kombination mit einer nutzergesteuerten Gehirn-Maschine Schnittstelle zu ungewöhnlichen Gehirnmustern führten, die tatsächlich die Steuerung des Geräts vereinfachen konnten.

Der Teil des Gehirns, der Körperbewegungen kontrolliert, ist der Motorcortex, der in eine rechte und eine linke Hälfte unterteilt ist. Der rechte Motorcortex ist meist bei der Steuerung der linken Hand aktive und umgekehrt, eine Eigenschaft des Nervensystems, das kontralaterale Steuerung genannt wird (kontra = gegenüberliegend, lateral = seitlich).

Wie erwartet, zeigte sich diese kontralaterale Gehirnwellenaktivität bei Menschen, deren Hand passiv durch das Exoskelett bewegt wurde. Es zeigte sich aber auch, dass, wenn die Versuchsteilnehmer gebeten wurden das Handexosketett mit Gedanken (d. h. Gehirnwellen) zu steuern, es bei den Messungen auch zu anhaltenden Mustern auf derselben Seite (d. h. der Seite der bewegten Hand) kam.

Anders gesagt: Als diese Menschen aufgefordert wurden aktiv über das Bewegen des Exoskeletts nachzudenken, wurde der Teil des Gehirns, der normalerweise die Bewegung der gegenüberliegenden Hand steuert, ebenfalls aktiviert. Die Forscher glauben, dass diese Gehirnaktivität als Kombination der willentlichen Ansteuerung und dem damit zusammenhängenden, vom Gerät stammenden Feedback, dazu verwendet werden könnte, die vom Gehirn ausgehende Steuerung diese Gerätes zu verbessern.

“Zu dieser verbesserten Kontrolle über die Gehirnwellenaktivität kommt es höchstwahrscheinlich aufgrund des höheren Engagements des Nutzers und der Erleichterung durch das sensorische Feedback durch das Exoskelett“, erklärt Millán. “Das Feedback kommt von der Wahrnehmung des Nutzers hinsichtlich Position und Bewegung der Hand – und diese Propriozeption ist ausschlaggebend.“

Zukunftsweisende Technologie

Bisher wurde das Handexoskelett mit Patienten getestet, deren Handfunktion aufgrund von Schlaganfällen oder Querschnittlähmung eingeschränkt ist. Als nächsten Schritt soll das System so verbessert werden, dass es das Ausführen von Tätigkeiten zu Hause erleichtert. Genauso denkbar wäre ein Einsatz in der Rehabilitation.

Fragen & Kommentare

Fragen & Kommentare zu diesem Artikel


Sie müssen angemeldet sein, um einen Kommentar zu hinterlassen.

Zur Registrierung geht es hier lang.