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Technik und Training helfen Gelähmten auf die Beine

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Test der Beinbewegungen bei einem der Walk Again-Teilnehmer nach einem Jahr des Trainings. (Foto: AASDAP/ Lente Viva Filmes)
Bisher gab es für Querschnittsgelähmte kaum Hoffnung auf eine Heilung. Doch inzwischen eröffnen Fortschritte in Computertechnik und Robotik neue Chancen. Im Walk-Again-Projekt trainieren seit 2014 acht Querschnittsgelähmte mit einer Kombination von Neuro-Feedback, virtueller Realität und Roboter-Gehhilfen – und die Fortschritte sind erstaunlich: Nach einem Jahr des Trainings haben sie wieder Gefühl in ihren Beinen und können mit Hilfe eines Exoskeletts sogar laufen. Auch die Kontrolle über ihre Blase und ihren Darm erlangten sie teilweise zurück.

Sind die Nervenleitungen unterbrochen, die die Signale zwischen Gliedmaßen und Gehirn übermitteln, ist meist eine dauerhafte Querschnittslähmung die Folge. Denn das durchtrennte Rückenmark wächst nicht von allein wieder zusammen, eine Heilung von selbst gibt es daher nicht. Inzwischen allerdings forschen Wissenschaftler gleich an mehreren Ansätzen, um dieses Problem zu umgehen. Eine Möglichkeit ist es, die durchtrennten Nervenfasern des Rückenmarks mit einem Nervenstück aus dem Arm oder Bein sozusagen zu flicken. Eine solche Nervenverpflanzung ermöglichte es einem vom Hals abwärts Gelähmten, zumindest einen seiner Arme und Hände wieder bewegen zu können. Ein anderer Ansatz ist es, diese unterbrochene Verbindung mit Hilfe von Elektronik zu überbrücken – auch dies liefert erste vielversprechende Erfolge. Für das meiste Aufsehen jedoch sorgen in letzter Zeit Versuche, die brachliegenden Verbindungen und Hirnressourcen gelähmter Menschen durch Elektrostimulation oder eine Kombination von Neuro-Feedback und robotischen Gehhilfen zu reaktivieren. Ein Beispiel dafür ist der von der Brust abwärts gelähmte Julian Pinto, der frei stehend den Anstoß für die Fußball-WM in Brasilien gab. Ein von seinen Hirnströmen gesteuertes Exoskelett ermöglichte ihm die Kontrolle über seine Beine – und ließ ihn sogar den Boden spüren.

Training mit VR-Brille, EEG und Exoskelett

Dass Pinto kein Einzelfall ist, belegen nun neueste Ergebnisse aus dem Walk Again Project (WAP), das auch ihm zum Anstoß verhalf. Im Rahmen dieser Studie trainieren acht querschnittsgelähmte Teilnehmer seit Anfang 2014 mit einer Kombination aus Neuro-Feedback und robotischen Hilfsmitteln. Alle konnten wegen schwerer Rückenmarksverletzungen seit drei bis 13 Jahren ihre Beine nicht mehr bewegen und hatten vom Bauch abwärts alle Empfindungen verloren. Das Trainingsprogramm begann mit Neuro-Feedback- Übungen in der virtuellen Realität:  Ausgestattet mit einer VR-Brille sollten die Probanden lernen, einen Avatar zum Laufen zu bringen – indem sie sich vorstellten, selbst zu gehen. Eine Elektrodenkappe auf ihrem Kopf leitete dafür ihre Hirnströme an einen Computer. Gleichzeitig erhielten die Probanden taktiles Feedback über Vibratoren in ihren Ärmeln. „Dieses Feedback verstärkt die Illusion, dass sie ihre Beine selbst bewegen und spüren“, erklärt Studienleiter Miguel Nicolelis von der Duke University in Durham. 

Und tatsächlich zeigten sich bald erste Erfolge: „Anfangs hatte das Gehirn bei diesen Patienten die Repräsentation ihrer unteren Gliedmaßen fast vollkommen ausgelöscht“, berichtet Nicolelis.  Doch nach Monaten des Trainings lernte das Gehirn wieder, die richtigen motorischen Steuerbefehle zu geben. „Im Prinzip fügte das Training die Repräsentation der Beine wieder in die Landkarte des Gehirns ein“, so Nicolelis. Einen weiteren Teil des Trainings bildeten Gehübungen auf einem Laufband. Dabei hingen die Patienten in einem Tragegeschirr, das ihr Gewicht hielt und sie stabilisierte. Ihre Beine steckten in einem robotischen Exoskelett, das ähnlich wie zuvor der Avatar durch ihre Hirnströme gesteuert wurde. Hatten die Probanden gelernt, dieses System zu steuern und damit zu laufen, begann der dritte Teil des Trainings: Gehübungen mit einem freistehenden Exoskelett, wie es auch Julian Pintos bei der Fußball-WM getragen hatte. Dieses stützt den Körper der Gelähmten und ist gleichzeitig motorisiert und kann per EEG-Steuerung gehen. Wie zuvor beim VR-Training bekamen die Probanden bei beiden Systemen haptisches Feedback durch die Sensorärmel.

Gefühl und bewusste Kontrolle wiedererlangt

Welche Fortschritte die acht Patienten nach einem Jahr dieses Trainings gemacht haben, darüber haben die Forscher nun berichtet. Demnach erlangten alle Querschnittsgelähmten die bewusste Kontrolle über ihre Beine mindestens teilweise wieder. Bei allen kehrten zudem die Empfindungen unterhalb der Rückenmarksverletzung zurück: Sie spürten wieder Schmerz, Berührung und konnten Blase und Darm besser kontrollieren. Bei vier der Probanden waren die Besserung so deutlich, dass sie von ihren Ärzten von „vollkommen gelähmt“ auf „teilweise gelähmt“ umgestuft wurden. „Eine solche Wiederherstellung dieser Funktionen bei so langjährig Gelähmten hat man bisher noch nie gesehen“, sagt Nicolelis. „Selbst wir hätten dieses Ergebnis zu Beginn des Projekts nicht vorhergesagt.“ Und dies seien erst die Zwischenergebnisse nach dem ersten Trainingsjahr. Seit diesem Stand ist fast ein weiteres Jahr vergangen und die Probanden zeigen weitere Fortschritte, wie die Forscher berichten.

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Die Forscher vermuten, dass die gezielte Kombination von Neuro-Feedback und robotischen Hilfsmitteln einerseits das Gehirn dazu bringt, die gelähmten Gliedmaßen wieder in ihre neuronale Landkarte aufzunehmen. Andererseits aber werden auch verbliebene Restverbindungen im Rückenmark dadurch gestärkt und reaktiviert. „Frühere Studien zeigen, dass bei einem großen Teil der Patienten mit vollständiger Querschnittslähmung noch einige Spinalnerven intakt sind“, erklärt Nicolelis. Diese Nerven liegen jedoch brach, weil sie keine Signale mehr vom Gehirn erhalten. Während des Gehtrainings ändert sich dies jedoch. „Wenn die Patienten dank der Hilfsmittel ihre Beine bewegen und aufrecht gehen, feuern die Propriorezeptoren in ihren Muskeln, Sehnen und Gelenken. Und diese Rezeptoren senden Signale zurück an das Rückenmark“, so Nicolelis.  Diese Signale wiederum regen die verbliebenen Nervenverbindungen dazu an, wieder aktiv zu werden und sich zu verstärken. „Selbst wenn nur eine kleine Zahl von intakten Nervenfasern geblieben ist, kann dies genug sein, um Signale vom motorischen Areal des Gehirns in die Gliedmaßen zu übermitteln.“

Miguel Nicolelis berichtet über das Walk Again-Projekt und die Ergebnisse (Video: AASDAP/ Lente Viva Filmes)

Die Forscher beginnen in Kürze eine Studie an weiteren Querschnittsgelähmten, deren Verletzung erst kurze Zeit zurückliegt – in der Hoffnung, bei ihnen noch schnellere Erfolge zu erzielen. Über die aktuellsten Fortschritte ihrer ersten acht Patienten wollen sie zudem demnächst in einer weiteren Veröffentlichung berichten. Generell sehen die Wissenschaftler in der Kombination von Neurofeedback und Robotik die Chance, das Leben von Gelähmten substanziell zu verbessern. „Bisher ist es so, dass Menschen mit der Diagnose komplette Lähmung in der Rehabilitation vor allem lernen, mit dem Rollstuhl zu leben“, sagt Nicolelis. „Wir glauben aber, dass unser langfristiges, auf Gehirn-Maschine-Schnittstellen basierendes Training eine echte Gesundung anstoßen kann.“ Sie wollen deshalb ihre Trainingsmethode künftig auch in anderen Therapiezentren weltweit erproben.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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