Rehabilitation mit Hirn

Ein spanischer Forscher arbeitet mit Hirn-Computer-Schnittstellen und Exoskeletten, um Menschen nach Schlaganfällen und Verletzungen des Rückenmarks zu helfen.

Schlaganfälle und Verletzungen des Rückenmarks verursachen hohe Kosten und haben eine schlechte Heilungsprognose. Der kolumbianisch-spanische Bioingenieur Juan Moreno, 34, arbeitet daran, solchen Patienten größere Unabhängigkeit im Alltag zu verschaffen und dadurch ihre Lebensqualität zu steigern. Seit 2002 ist er beim CSIC beschäftigt, der größten öffentlichen Forschungseinrichtung Spaniens.

Seine wichtigsten Werkzeuge klingen nach Science-Fiction: Hirn-Computer-Schnittstellen und Exoskelette. Moreno nutzt – im Gegensatz zu anderen Forschungsansätzen – nichtinvasive Hirn-Schnittstellen. Dabei müssen keine Sensoren in das Hirn implantiert werden. Stattdessen verwenden Moreno und seine Kollegen auf die Haut geklebte Elektroden, welche die Hirnströme (EEG) oder die Muskelaktivitäten (EMG) messen.

Um Muskelschwäche in Knien und Fußgelenken auszugleichen, nehmen die Sensoren die Bewegungsimpulse des Körpers auf und leiten sie an eine Orthese weiter – ein orthopädisches Hilfsmittel zum Stützen oder Führen von Körperteilen. Elektromotoren in der Orthese vollführen dann den Bewegungsimpuls aus dem Körper. Dank Morenos weltweit patentiertem System sind Orthesen damit kein passives Gestell mehr, sondern eine aktive Mobilitätshilfe.

Seine Orthese hat er mittlerweile zu einem Exoskelett weiterentwickelt – gewissermaßen einem Roboter zum Anziehen. Es umfasst eine größere Zahl von motorgetriebenen Gelenken, muss aber noch am Menschen getestet werden.

Um seine Ideen voranzutreiben, ist Moreno international bestens vernetzt. Eine wichtige Rolle spielte er beispielsweise in einem Gemeinschaftsprojekt von CSIC, dem japanischen Riken-Institut und Toyota. Dabei ging es um den Einsatz von künstlicher Intelligenz zur physischen Rehabilitation. Eine eigene Firma hat der umtriebige Innovator ebenfalls bereits mitgegründet: Technaid. Sie produziert Hard- und Software für die Erfassung und Analyse menschlicher Bewegung, etwa für die Sportwissenschaft, die medizinische Rehabilitation oder die Erstellung von Animationsfilmen.

Darüber hinaus koordinierte er das von 2010 bis Anfang 2013 laufende europäische Projekt "Better" ("Brain-Neural Computer Interaction for Evaluation and Testing of Physical Therapies in Stroke Rehabilitation of Gait Disorders"). Das Forschungsvorhaben sollte untersuchen, wie sich Computer-Hirn-Schnittstellen und Exoskelette zur Rehabilitation von Schlaganfall-Patienten nutzen lassen. Schon seit Längerem wird daran geforscht, die unteren Extremitäten von Gehbehinderten durch Exoskelette zu bewegen. Die Idee war bisher, dem Gehirn der Patienten Feedback in Form von Nervenimpulsen von den Beinen zu geben, die dem normalem Gehen entsprechen ("Bottom-up-Ansatz"). Auf diese Weise sollen gesunde Hirnbereiche lernen, die Funktionen der geschädigten zu übernehmen. "Neuroplastizität" lautet der Fachausdruck für diese Anpassungsfähigkeit des Gehirns.

Das Better-Projekt setzt nun auf den umgekehrten Weg: Ein "Top-down"-Ansatz soll das Gehirn dazu bewegen, sich umzuorganisieren. Über die Hirn-Computer-Schnittstelle steuern die Patienten ihre Exoskelette selber – per reiner Gedankenkraft.

Auf diese Weise lasse sich die Rehabilitation beschleunigen, hoffen Moreno und seine Kollegen. Konkrete Ergebnisse des Better-Projekts sind unter anderem Robotik-Module, die im römischen Rehabilitations-Hospital Fondazione Santa Lucia getestet wer-den. Sie dienen sowohl der Therapie als auch dazu, die neurophysiologischen Aspekte von Gehstörungen zu untersuchen. (bsc)