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02. Juni 2012 00:01 Uhr

BZ-Serie Exzellenz

Prothesen für schwerst gelähmte Menschen

Ein Projekt, von dem die ganze Uni Freiburg schwärmt: Das Forschernetzwerk ""Brain Links-Brain Tools"" will alltagstaugliche Prothesen für schwerst gelähmte Menschen entwickeln.

  1. Das Vorbild: Der gelähmten Cathie gelang es, sich selbst zu trinken zu geben. Unten: EEG zur Hirnstrommessung Foto: Braingate2.org

Das Gesicht hochkonzentriert, angestrengt, als gelte es einen feinen Faden durch ein viel zu schmales Nadelöhr zu fummeln, starrt Cathy auf den glänzenden Roboterarm vor ihrer Nase. Unbeholfen versucht die Maschine eine Flasche zu packen, verschiebt sie zunächst nach links, verrückt sie dann nach rechts, bis die Metallfinger das Trinkgefäß doch noch zu fassen kriegen, um sich dann vorsichtig zum Mund der Patientin vorzutasten. Die spastisch verkrampften gelähmten Arme im Schoß der Frau im Rollstuhl zucken dazu, als wollten sie die Bewegungen nachvollziehen. Als Cathy einige Minuten später endlich die ersten Kaffeetropfen durch den Strohhalm saugen kann, lässt ein Lächeln der Erleichterung, des Glücks ihr Gesicht erstrahlen. Einen magischen Moment nennt die Szene Leigh Hochberg, den Versuchsleiter von der Harvard Medical School im US-amerikanischen Boston. Fast 15 Jahre habe sich die 58-Jährige nach ihrem Schlaganfall danach gesehnt, trotz gelähmter Arme und Beine wieder selbstständig etwas zu machen, verrät der euphorische Wissenschaftler. Wie die Fachzeitung Nature Mitte Mai berichtete, hat nun eine kleine Sonde in ihrem Gehirn, die über eine Art Glühbirnenfassung auf ihrem Kopf und ein dickes Kabel mit einem Computer verbunden war, ihr diesen Wunsch erfüllt. Allein mit der Kraft ihrer Gedanken hat Cathy hat einen Roboterarm bedient – für Leigh Hochberg und seine Kollegen in Boston ein "Riesenerfolg".

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Der Traum: Mit der Kraft der Gedanken Roboter lenken

Für Tonio Ball und Wolfram Burgard in Freiburg vor allem ein Riesenansporn. Denn trotz der Fortschritte der Kollegen in den USA, sagt der Arzt und Neurowissenschaftler Ball an der Freiburger Uniklinik, seien Hightechgeräte wie der Bostoner Roboterarm noch kaum in der Lage, gelähmten Patienten in ihrem Alltag zu helfen. Das will er nun zusammen mit dem Informatikprofessor und Roboterexperten Burgard und weiteren 31 Kollegen ändern. "Brain Links-Brain Tools" – übersetzt: Gehirnverbindungen-Gehirnwerkzeuge – nennt sich ihr Forschungsnetzwerk, in dem sie nun unter anderem alltagstaugliche Prothesen für schwerst gelähmte Menschen entwickeln wollen.

Ein Projekt, von dem die gesamte Freiburger Universität schwärmt: Schließlich gilt das Forschungsnetzwerk von Mikrosystemtechnikern, Medizinern, Informatikern und Biologen der Universität sowie den Wissenschaftlern des Freiburger Bernstein Zentrums bei der Mitte Juni anstehenden Entscheidung im universitären Exzellenzwettbewerb als heißer Kandidat auf einen der Hauptpreise. Würde die Gruppe als sogenanntes Forschungscluster eine Millionenförderung gewinnen, könnte dies auch das Fundament für den Elitestatus der ganzen Hochschule sein.

Die kleinen Kommunikationshürden, die unvermeidlich auftauchen, wenn Wissenschaftler aus so vielen verschiedenen Disziplinen aufeinandertreffen, werden inzwischen lässig genommen. Der Arzt springt gerne ein, wenn der Techniker mal wieder einen medizinischen Begriff sucht: "Wie heißen die Devices noch einmal, die auf dem Gehirn liegen?" "Implantierte Elektrodengitter", hilft Ball dem Kollegen Burgard im Interview aus. Tetraplegie nenne sich die Lähmung aller vier Gliedmaßen, ergänzt er an einer anderen Stelle – derartige Fachbegriffe zählen halt nicht zum alltäglichen Sprachgebrauch eines Informatikers.

Aber wenn der Tonio das Wort ergreift und ruhig und bedacht die Informationsverarbeitung im Gehirn erklärt, dann dreht der Informatiker wohlwollend und respektvoll den Kopf, um dem jüngeren Kollegen bei seinen Erläuterungen zu lauschen. Kommt der temperamentvolle Wolfram ins Erzählen, hört der Mediziner neugierig, aber auch ein bisschen stolz zu, immerhin zählt sein Partner als Leibnizpreisträger zu den Stars der Uni.

Es hat gefunkt zwischen den beiden Disziplinen, das ist offensichtlich: Am Anfang habe es Phasen gegeben, erzählt Burgard, da habe man gedacht, "das klappt nie und nimmer – so viele unterschiedliche Vokabeln, so viele unterschiedliche Vorstellungen". Aber inzwischen fände er es extrem schade, wenn es mit dem Clusterantrag nicht klappen sollte: "Wir haben schon so viele tolle Ideen zusammen entwickelt."

Die Augen des Informatikers leuchten, wenn er davon schwärmt, einmal konkreten Kranken das Leben erleichtern zu können. "Wir Techniker sind ja sonst oft so, wir bauen irgendein Gerät und sagen dann: Schaut mal her, wie toll das ist – und dann hoffen wir, dass die Mediziner damit auch etwas anfangen können."

Tonio Ball wiederum weiß, dass er und die Kranken ohne Burgards Hilfe kaum weiter kommen würden. Seit sieben Jahren studiert er in einer Arbeitsgruppe die Signale, die im Gehirn entstehen, wenn der Mensch seine Glieder bewegen möchte. Versucht, in ihnen Muster zu erkennen, um schließlich durch das Ablesen dieser elektrischen Ströme vorhersagen zu können, welche Bewegungen der Mensch ausführen möchte.

Schaut man sich die Ergebnisse an, ist schnell zu erkennen, dass der Weg zur Gedanken gesteuerten Prothese noch weit ist: Eine computeranimierter Lichtwurm wuselt da über den Bildschirm – und zeigt an, wo der Proband im Versuch die PC-Maus hinbewegt hat. Ein zweiter Wurm jagt dem ersten in meist weitem Abstand hinterher. Die virtuellen Mausbewegungen, die die Forscher anhand der Hirnströme rekonstruiert haben, wollen zu der reellen noch nicht ganz passen.

Geplante Bewegungen eines Armes durch den Raum, erläutert Ball, könnte seinesgleichen mit Elektroden unterhalb der Schädeldecke inzwischen ganz gut vorhersagen. Eine Unterscheidung zwischen den einzelnen Grifftypen der Hand – kein Problem. "Auch wenn dem Patienten Fehler unterlaufen, bekommen wir das mit", erklärt der Neurowissenschaftler. Das große Aber sei allerdings die Genauigkeit. Noch zu selten gelingt es den Forschern aus der großen Cocktailparty im Hirn, wie sie der Informatiker Klaus-Robert Müller von der TU Berlin umschreibt, in der die Erinnerung an den Arzttermin, der Gedanke an das auf dem Herd anbrennende Essen und die Bewegungsbefehle für die Glieder scheinbar sinnlos durcheinander plappern, die entscheidenden Signale herauszuhören. "Wir wissen", sagt Tonio Ball, "alle Informationen, die wir brauchen, sind höchstwahrscheinlich in den Daten enthalten – wir verstehen sie nur noch nicht genau genug."

Der Grundgedanke von "Brain Links-Brain Tools": Wenn die eine Intelligenz sich ihren künstlichen Gliedern nicht richtig mitteilen kann, dann müssen halt diese Glieder selbst so intelligent gemacht werden, dass sie auch mit den dürftigen Anweisungen etwas anfangen können. Hier kommen die Freiburger Roboterexperten ins Spiel: Technische Geräte zu bauen, die Dinge auf einem Tisch selbstständig erkennen, ergreifen und bedienen, das ist ihr Alltagsgeschäft. Die Freiburger Mikrosystemtechniker wiederum sollen laut Arbeitsplan neue Sensoren beisteuern, mit denen die Informationsflut besser entschlüsselt werden kann.

Das erklärte Ziel: Nach Ende der Exzellenzförderung in fünf Jahren soll eine Patientin in Freiburg nicht mehr darauf angewiesen sein, mühevoll einen Roboterarm mit ihrem Kaffee langsam zu ihrem Mund zu dirigieren. Die Maschine soll selbstständig Kaffeetasse und Kaktus auf dem Tisch voneinander unterscheiden können. Auf ein erstes Bewegungssignal würde sie dann ganz allein den offensichtlich gemeinten Gegenstand, die Tasse, zum wahrscheinlichen Zielort, dem Mund, führen. Wäre ausnahmsweise doch der Kaktus gemeint, könnte der Roboter das dem Widerwillen des Patienten in den EEG-Kurven entnehmen und den Kurs des Arms korrigieren. "Wir sind schon überzeugt davon, dass sich in fünf Jahren ein Patient mit einem solchen Roboterarm tatsächlich helfen kann", sagt Burgard. Vielleicht lassen sich also derart magische Momente demnächst auch in Freiburg erleben, wenn das Forschernetzwerk bei der Exzellenzinitiative erfolgreich ist. Es könnte sich also lohnen, am 15. Juni die Daumen zu drücken.

Autor: Michael Brendler