Forschende lernen Sprache des Nervensystems

21 February 2024 10:12

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Zürich - Zürcher Forschende haben mit einem internationalen Team herausgefunden, dass Neuroprothesen über natürliche Signale besser mit dem Gehirn kommunizieren als mit der bisher verwendeten starren Stimulation des Ischiasnervs. Dies vermittelt etwa Trägern von Beinprothesen mehr Sicherheit.

Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) ist es gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Deutschland, Serbien und Russland gelungen, Signale, die Neuroprothesen aussenden, so zu verändern, dass sie jenen des fehlenden Körperteils ähneln. Die Ergebnisse dieser vom menschlichen Körper inspirierten neurowissenschaftlichen Technologie könnten laut einer soeben veröffentlichten Studie „ein Modell für die Entwicklung neuartiger unterstützender Neurotechnologien sein“. Das wäre etwa für Arm- und Beinprothesen, aber auch für Wirbelsäulenimplantate oder Elektroden zur Hirnstimulation relevant.

Das Forschungsteam um Stanisa Raspopovic vom Neuroengineering Lab der ETH hat vor einigen Jahren Beinprothesen entwickelt, die es Amputierten erstmals erlaubten, das Ersatzkörperteil zu spüren. Ihre Neuroprothesen waren mittels implantierter Elektroden mit dem Ischiasnerv im Oberschenkelstumpf verbunden. Jedoch waren sie „noch nicht in der Lage, ein natürliches Gefühl zu erzeugen“, erklärt Raspopovic in einem Bericht der ETH.

Daher setzten er und sein Team auf biomimetische Stimulation, also natürliche Signale, die in der Lage sind, physiologisch plausible Informationen in das restliche gesunde Nervensystem „zurückzuschreiben“. Dafür entwickelte die Doktorandin Natalija Katic ein Computermodell namens FootSim. Es stützt sich auf Daten einer kanadischen Studie, in der die Aktivität sogenannter Mechanorezeptoren in den Fusssohlen gesunder Probanden aufgezeichnet worden war.

Diese Daten wurden in biomimetische Impulse „übersetzt“. Dass die biomimetische der starren Stimulation überlegen ist und das Gehirn weniger belastet, wiesen die Forschenden zunächst in Katzenexperimenten und schliesslich in einer klinischen Studie mit Beinamputierten nach. ce/mm

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