Neuartige Neuroprothese ermöglicht Tetraplegiker die Nutzung eines Exoskeletts

Erstmalig ist es französischen Forschern gelungen, einem Patienten mit Tetraplegie das Gehen mit einem Exoskelett zu ermöglichen. Dabei steuerte der Mann das Exoskelett alleine mit der Kraft seiner Gedanken.

Die Ergebnisse der klinischen Studie im Rahmen des Brain Computer Interface (BCI) Project bei Clinatec im französischen Grenoble wurden am 4. Oktober 2019 in der Fachzeitschrift The Lancet Neurology veröffentlicht und liefern einen Machbarkeitsnachweis für die Steuerung eines Exoskeletts für Tetraplegiker. Das System wird über ein von CEA in Grenoble entwickeltes semi-invasiven Langzeitimplantat gesteuert, das die Gehirnaktivität erfasst. Langfristig wird erwartet, dass diese Technologie Menschen mit schweren motorischen Einschränkungen eine größere Mobilität ermöglicht.

Echtzeit und kabellose Technologie

Französische Wissenschaftler haben ein Gerät zur Steuerung eines Exoskeletts entwickelt, das Hirnsignale aufzeichnet und umsetzt. Als die größte Innovation hierbei nennen die Forscher die Fähigkeit der Technologie, eine chronische, hochauflösende Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns zu ermöglichen. Diese Aktivität im Zusammenhang mit der Bewegungsabsicht wird in Echtzeit drahtlos an einen Computer zur Dekodierung übertragen, um die Bewegungen der vier Gliedmaßen des Exoskeletts zu steuern.

Das Team um den Neurochirurgenlim-Louis Benabid, emeritierter Professor an der Université Grenoble Alpes, Hauptautor der Publikation und Vorstandsvorsitzender von Clinatec in Grenoble, arbeitete an der Entwicklung des implantierbaren Geräts (WIMAGINE®), das Hirnsignale im Motorcortex sammelt, die entstehen, wenn Bewegung beabsichtigt ist. Der Versuchsteilnehmer mit Tetraplegie kann sich bewegen, indem er das Exoskelett mental kontrolliert: eine externe Steuerung ist unnötig. Benabid sagt: „Dieses Gerät ist ein wichtiger Schritt nach vorne, um Menschen mit Behinderungen zu helfen, sich selbst zu versorgen. Wir sind sehr stolz auf diesen Machbarkeitsnachweis und denken bereits über neue Anwendungen nach, um Menschen mit schweren motorischen Behinderungen den Alltag zu erleichtern.“

Die klinische Studie

Einem 28-jährigen Patienten mit Tetraplegie waren im Juni 2017 zwei Implantate eingesetzt worden, eines je links und rechts an derortex oberhalb der Dura Mater. Danach musste er 27 Monate lang verschiedene Arten von Übungen durchführen, um die Steuerung des Exoskeletts zu erlernen. Er trainiert in virtuellen Umgebungen mit dem Exoskelett-Avatar zu Hause dreimal pro Woche und arbeitet jeden Monat eine Woche direkt mit dem Exoskelett in der Clinatec. Ausgestattet mit dem hängenden Exoskelett (vergleiche hierzu: Bewegungstherapie mit dem HAL Exoskelett ) ist er in der Lage, mehrere aufeinanderfolgende Schritte zu unternehmen und seine beiden oberen Gliedmaßen dreidimensional zu kontrollieren. Auch kann er seine Handgelenke im Sitzen oder Stehen drehen.

Dieser erste Studienteilnehmer wird sich weiterhin an diesem Forschungsprogramm und aktiv an zukünftigen Entwicklungen beteiligen. Dieser Machbarkeitsnachweis für eine Neuroprothese, die zu einem derartigen Freiheitsgrad verhelfen kann, wird die Tür zu neuen Anwendungen für den Einsatz zu Hause im Alltag der Patienten öffnen. Das Clinatec-Team arbeitet daran, neue Hilfsmittel wie einen Rollstuhl zu integrieren und noch robustere und präzisere Algorithmen für komplexere Bewegungen zu entwickeln, mit der Hoffnung, später Aufgaben wie das Halten eines Objekts zu ermöglichen. Drei weitere tetraplegische Patienten sollen in den kommenden Jahren ebenfalls in diese klinische Studie einbezogen werden.

Über das Implantat

Die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität in derortex erforderte die Entwicklung eines innovativen medizinischen Implantats, dem WIMAGINE®. Das Gerät wurde für die semi-invasive Transplantation in das Gehirn entwickelt, um Elektrokortikogramme (ECoG) langfristig über 64 Elektroden an der Dura Mater aufzeichnen zu können.

Die aufgezeichneten Elektrokortikogramme werden dann in Echtzeit dekodiert, um die vom Patienten beabsichtigte Bewegung vorherzusagen und dann beispielsweise das entsprechende Glied eines Exoskeletts zu kontrollieren. Die Dekodierung von Elektrokortikogrammen erforderte die Entwicklung hoch entwickelter Algorithmen auf der Grundlage von Methoden der Künstlichen Intelligenz (Machine Learning) und Software, um die Bewegungen des Exoskeletts in Echtzeit steuern zu können.

Langfristiges Ziel ist es, Menschen mit motorischen Einschränkungen mehr Unabhängigkeit im Alltag zu ermöglichen, z.B. durch das eigenständige Fahren im Rollstuhl oder das Steuern eines Gelenkarms.

 

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