Die Zukunft ist jetzt: Wie bionische Prothesen das Leben für Amputierte verändern

Als Ingenieurwesen und Technologie neue Höhen des Fortschritts erreichten, entwickelten Wissenschaftler eine Methode, um bionische Geräte über elektrische Signale mit dem Muskel- und Nervensystem zu verbinden. Die gängigste Methode, um diese Synergie zwischen den Bewegungen des menschlichen Körpers und den bionischen Prothesen zu erreichen, ist ein EMG-Steuerungssystem, das Biosignalverarbeitung nutzt, um die Kontrolle der Hand zu verbessern. EMG-Signale werden verwendet, um die Intensität und die gewünschte Bewegung zu interpretieren, die dann zur Steuerung von Zeus genutzt werden. Diese Signale ermöglichen es dem Nutzer, die Hand zu öffnen und zu schließen sowie Griffmuster und die Geschwindigkeit zu ändern, mit der die Hand arbeitet. 

Eine weitere Methode, die an Popularität gewonnen hat, ist die gezielte Muskelreinnervation; sie wurde im Fall von Jesse Sullivan erfolgreich eingesetzt, einem ehemaligen Leitungsmonteur, der bei einem Unfall beide Arme oberhalb des Ellenbogens verlor. Im Jahr 2001 unterzog sich Sullivan einer TMR-Operation, bei der die Nerven seiner amputierten Arme zu seinen Brustmuskeln umgeleitet wurden. Dadurch konnte er ein Paar Roboterarme namens DEKA Arm System steuern. Das DEKA Arm System verwendet Sensoren, um die elektrischen Signale aus Sullivans Brustmuskeln zu erfassen, die anschließend in Bewegungen der Roboterarme übersetzt werden. Mit diesem System konnte Sullivan eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, die mit herkömmlichen Prothesen zuvor unmöglich waren, etwa mit einem Messer eine Tomate zu schneiden und mit einem Bohrer ein Loch in eine Wand zu machen.  Sullivans Erfolg mit dem DEKA Arm System zeigte das Potenzial des TMR-Verfahrens und bionischer Prothesen, das Leben von Amputierten zu verbessern und ihnen mehr Unabhängigkeit und Funktionalität zu bieten.   

Obwohl diese beiden Methoden in ihrem Ansatz weitgehend sehr effektiv sind, fehlt ihnen etwas Entscheidendes für das menschliche Erleben – der Tastsinn. Die Lösung dafür wird durch die dritte und letzte Methode erfüllt – die direkte Nervenanbindung. Die nach der Amputation verbliebenen Nerven werden direkt mit implantierbaren neuronalen Schnittstellen verbunden, wobei sensorische Signale von neuronalen Elektroden empfangen werden. Dieses Gerät enthält Sensoren, die elektrische Signale erzeugen, welche anschließend an die Nerven übertragen werden. So fühlt sich der Patient oder die Patientin, als hätte er oder sie ein „Phantomglied“, das die Funktionen des amputierten Abschnitts übernimmt. Die Erzeugung von Empfindungen durch künstliche Berührungssensoren ermöglicht es dem Patienten, Berührung zu erleben und Texturen zu erkennen.

Als die ausgefeilteste Konstruktion im Bereich bionischer Prothesen wurde die direkte Nervenanbindung erfolgreich im Fall von Johnny Matheny eingesetzt, einem Amputierten, der seinen linken Arm durch Krebs verlor.

Matheny unterzog sich 2015 einem revolutionären chirurgischen Eingriff, bei dem sein Arm amputiert und durch einen bionischen Arm ersetzt wurde, der direkt mit den Nerven in seinem Stumpf verbunden war. Der Eingriff wurde von Forschern am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University durchgeführt, die eine neuartige Technologie namens Modular Prosthetic Limb (APL) entwickelt hatten.  Der Arm kann eine breite Palette komplexer Bewegungen ausführen, etwa das Greifen und Manipulieren von Objekten unterschiedlicher Formen und Größen. 

Nach der Operation trainierte Matheny mehrere Monate lang, um seinen neuen bionischen Arm zu benutzen. Er unterzog sich einer gezielten Muskelreinnervation (TMR), bei der die Nerven, die einst die Muskeln in seinem amputierten Arm steuerten, zu benachbarten, noch funktionsfähigen Muskeln umgeleitet wurden. Dadurch konnte er seine verbliebenen Nerven nutzen, um die Prothese zu steuern. Matheny war in der Lage, Aufgaben auszuführen, die mit herkömmlichen Prothesen zuvor unmöglich waren. Mathenys Technologie der direkten Nervenanbindung stellt einen bedeutenden Durchbruch im Bereich bionischer Prothesen dar und ebnet den Weg für fortschrittlichere Prothesen, die intuitiv gesteuert werden können. Seine Geschichte ist inspirierend und zeigt, dass Menschen mit Behinderungen mit Entschlossenheit und der Entwicklung modernster Technologien Außergewöhnliches erreichen können.

Dies ist nur eine von vielen Geschichten, die einst unglaublich erschienen wären. Und nun ist die Integration von bionischen Prothesen und Menschen näher denn je. Bionische Gliedmaßen helfen Amputierten, ihre verlorenen Fähigkeiten zurückzugewinnen, und sind Vorboten der Hoffnung: ein Zeugnis der Widerstandskraft und Innovationskraft des Menschen.

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