Querschnittslähmung: Muskeln mittels elektrischer Impulse bewegen

Interview mit Dr. Ronny Grunert, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Medizintechnik

22/11/2016

Etwa 1.800 Mal im Jahr passiert es: Nach einem Unfall beim Sport oder im Straßenverkehr wird das Rückenmark einer Person so verletzt, dass Nervenbahnen durchtrennt werden und sie querschnittsgelähmt sind. Forscher wollen nun eine Software entwickeln, die Hirnsignale von querschnittsgelähmten Patienten misst und durch ein System elektrische Impulse aussendet, sodass Muskeln stimuliert werden und sich wieder bewegen lassen. 

Bild: Dr. Ronny Grunert; Copyright: privat

Dr. Ronny Grunert; © privat

Ein Team von Wissenschaftlern der Westsächsischen Hochschule Zwickau, der Uniklinik Leipzig und des Fraunhofer IWU versucht mit Hilfe des Forschungsprojektes die Folgen von Querschnittslähmungen zu mindern. Dr. Ronny Grunert erklärt im Interview, mit welchen Technologien dieses Ziel umgesetzt werden soll.

Dr. Grunert, was sind die häufigsten Ursachen einer Querschnittslähmung?
Dr. Ronny Grunert: Die meisten unserer Patienten sind querschnittsgelähmt aufgrund eines Unfalls und haben Verletzungen an der Wirbelsäule. Wir wollen mit unserer Technologie vor allem frisch verunfallten Patienten helfen können.

Mit Ihrem Projekt wollen Sie Folgen lindern. Wie wollen sie das erreichen?
Grunert: Das Projekt ist erst im August gestartet. Drei Jahre sind uns für die Forschung bewilligt worden. In dieser Zeit wollen wir erste Funktionsmuster erzeugen können, mit denen wir dann aussagekräftige Ergebnisse zur Muskelsteuerung erzielen können. Dies werden wir mit Elektroenzephalografie-Systemen (EEG) durchführen. Langfristig wollen wir damit erreichen, dass ein querschnittsgelähmter Patient aufstehen und auch stehen bleiben kann. Zunächst einmal müssen wir dafür aber eine intensive Recherche betreiben.

Wir arbeiten außerdem sehr eng mit der Dr. Winkler der Neurochirurgie der Universität Leipzig zusammen, der diese Projektidee mit uns entwickelt hat. Er ist Experte darin, Elektroden im Gehirn zu platzieren und dieses mit elektrischen Impulsen zu stimulieren, um zum Beispiel Parkinson-Patienten zu helfen, ihre Zitter-Bewegungen zu reduzieren.

Bild: Eileen Stark bereitet Dominik Wetzel für eine Messung vor; Copyright: WHZ/Helge Gerischer

Eileen Stark bereitet Dominik Wetzel für eine Messung vor; © WHZ/Helge Gerischer

Wie kommt das EEG dabei genau zum Einsatz?
Grunert: Wir nehmen die Hirnpotenziale auf und führen Studien durch, welche Hirnareale bei welchen Gedankenmustern aktiv sind, um festzustellen, welche Gedanken überhaupt geeignet sind, um Signale ablesen zu können. Mit einem EEG-System lesen wir Hirnpotentiale ab, diese Signale werden an ein elektrisches System weitergeleitet, was im Rahmen des Projektes entwickelt wird. Das EEG erkennt dann zum Beispiel ein Startsignal, wenn der Proband eine bewusste Bewegung durchführen möchte. Dieses Signal setzt dann einen elektrischen Impuls mittels Elektroden aus, sodass die gewünschte Bewegung ausgeführt werden kann.

Welchen Herausforderungen müssen Sie sich aktuell noch stellen?
Grunert: Die technischen Schwierigkeiten bestehen darin, zunächst saubere EEG-Signale zu erhalten. Dann müssen wir entscheiden, ob das Oberflächen- EEG ausreicht oder wir invasive Elektroden verwenden müssen. Außerdem müssen wir schauen, ob der Patient mit diesem System auch umgehen kann. Deshalb wollen wir ein selbstlernendes Programm zur Verfügung stellen, welches über eine künstliche Intelligenz verfügt.

Was wollen Sie langfristig mit dem Projekt erreichen?
Grunert: Idealerweise wollen wir es schaffen, den Patienten dazu zu befähigen, flüssige Bewegungen durchzuführen. Damit sie leichter, nicht maschinenartig - wie es derzeit bei den Exoskeletten ist - sind. Unser Ziel ist es, dass man zukünftig auf Exoprothesen verzichten kann, sondern mit dem System die Muskulatur so beeinflusst, dass der Schaden überbrückt wird und der Patient seine Muskeln ohne Hilfsmittel bewegen kann.

Weltweit gibt es viele Forschergruppen, die sich mit diesem Ziel beschäftigen, doch ist es bisher noch nicht gelungen, Patienten so helfen zu können, dass ein natürlicher Gang möglich ist. In den drei Jahren des Projekts betreiben wir erstmal eine Grundlagenforschung. Wir haben uns als erstes Ziel gesetzt, es zu schaffen, dass ein Patient mittels elektrischen Impulsen selbstständig aufstehen kann. Im Rahmen von Folgenprojekten sollen diese Grundlagen dann verfeinert werden.

Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt und wird mit 1,2 Millionen Euro durch den Europäischen Sozialfonds gefördert. Projektträger ist die Sächsische Aufbaubank.

Bild: Lorraine Dindas; © B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Lorraine Dindas.
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