Exoskelette: Endlich wieder fühlen

Ein Exoskelett hat acht querschnittsgelähmten Menschen geholfen, ihre Beinmuskeln wieder willkürlich zu bewegen und ein Gefühl in den Beinen zurückzuerlangen.

"Ich habe den Ball gespürt!", rief Juliano Pinto, als er mit einem Kick vergangenes Jahr die Fußballweltmeisterschaft in Brasilien eröffnete. Der damals 29-Jährige ist seit einem Autounfall im Jahr 2006 querschnittsgelähmt und kann seine untere Körperhälfte weder steuern noch spüren. "Das war ein sehr bewegender Augenblick", sagt Miguel Nicolelis von der Duke-Universität in North Carolina, USA. Der brasilianisch-stämmige Arzt und Neurowissenschaftler ist Leiter des Projekts "Walk Again" und hat mit seinem Team ein durch Gedankenkraft gesteuertes Exoskelett entwickelt, das Pinto den Schuss ermöglichte.

Bereits seit November 2013 hatten Nicolelis und sein Team Pinto sowie sieben andere Menschen mit ähnlichen Verletzungen trainiert, mit dem Exoskelett umzugehen, das ihre Beine umschließt. Auch bei ihnen lautete die Diagnose: komplette Durchtrennung des Rückenmarks an der verletzten Stelle. Nach einem Jahr Training geschah das Unfassbare: Alle acht Probanden konnten wieder Berührungen spüren und Muskeln in ihren zuvor völlig gelähmten Gliedmaßen bewegen. "Das hat niemand erwartet", sagt Nicolelis, als er seine Ergebnisse am 31. März dieses Jahres auf der neurowissenschaftlichen Tagung "Brain Forum" im Schweizer Lausanne präsentierte. "Als wir das erste Mal sahen, wie sehr sich ihr Zustand verbessert hatte, gab es niemanden im Raum, der keine feuchten Augen hatte."

Wenn das Rückenmark eines Menschen verletzt ist, kann die Verbindung zwischen Körper und Gehirn so stark zerstört sein, dass der Verletzte seine gelähmten Gliedmaßen weder fühlen noch bewegen kann. Bleiben allerdings einige Rückenmarksnerven unverletzt, können manche Patienten die Kontrolle über ihre Gliedmaßen zurückgewinnen. Doch diese Rehabilitation dauert in der Regel viele Jahre.

Solche Heilungen sind jedoch unmöglich für Patienten, deren Rückenmarksnerven komplett durchtrennt wurden. Das betrifft in den USA mehr als ein Drittel der insgesamt 12500 Menschen, die sich alljährlich eine Rückenmarksverletzung zuziehen. In Deutschland erleiden jährlich 1000 Menschen eine Rückenmarksverletzung, zwischen Teil- und Totalverletzungen wird dabei nicht unterschieden. Diese Menschen fühlen für den Rest ihres Lebens ihren Unterkörper nicht mehr und bekommen deshalb oft auch weniger Physiotherapie verschrieben. Die im "Walk Again"-Projekt erzielten Ergebnisse legen nahe, dass sich das ändern sollte. Eine Reha mit Exoskelett könnte auch diesen Patienten eine bessere Zukunft bieten.

Entwickelt hat das Gerät ein insgesamt 156-köpfiges Team aus aller Welt. Es misst die Gehirnströme seines Trägers mithilfe einer Elektrodenkappe. Fasst der Träger etwa den Entschluss zu gehen, entstehen in seinem Gehirn spezielle Aktivitätsmuster. Diese wandelt die Kappe in elektrische Signale um. Sie wiederum lösen die Bewegung der Exoskelett-Beine aus, die dann die Beine des Patienten bewegen und ihn laufen lassen.

Doch das Exoskelett bietet noch mehr: Es übermittelt seinen Trägern sensorische Informationen. "Man steuert das Exoskelett durch den Gedanken an das, was man tun möchte, und bekommt sofort ein Feedback vom Untergrund, wie man geht und in welche Richtung", sagt Nicolelis." Dazu bedeckt eine flexible Schicht aus Temperatur-, Druck- und Entfernungssensoren, von dem Entwicklungsteam als künstliche Haut bezeichnet, die Fußsohlen. Macht der Träger einen Schritt, werden die Signale der Sensoren an seinen Unterarm weitergeleitet.

Zu Beginn des Trainings sagten alle acht Patienten, dass sie sich völlig abgetrennt von ihrem Unterkörper fühlen. Sie konnten sich überhaupt nicht vorstellen, ihre gelähmten Körperteile zu bewegen. Doch nach 1100 Trainingsstunden berichteten alle übereinstimmend, dass sie wieder ein gewisses Gefühl für ihre Gliedmaßen bekommen hätten. "Sie fühlten, dass sie Beine haben", sagt Nicolelis. "Sie können wirklich spüren, dass sie den Boden berühren und ihre Beine bewegen."

Was das Team vollends verblüffte: Alle Probanden zeigten Anzeichen dafür, dass die Funktion ihres Rückenmarks teilweise wiederhergestellt sein könnte. "Bei jedem Patienten entdeckten wir, dass er wieder besser Berührungen spüren konnte. Einigen war es sogar möglich, Regionen ihres Körpers zu fühlen, die sieben Wirbel unterhalb ihrer Verletzung lagen. Und jeder konnte willkürlich Muskeln in den Beinen bewegen."

Den größten Fortschritt zeigte eine Frau, die vor 13 Jahren eine komplette Querschnittslähmung davontrug. Nach einem Jahr Training konnte sie unterhalb ihrer Verletzung wieder Empfindungen wahrnehmen und, gehalten von Leibgurten, ihre Beine wie beim Gehen bewegen.

Zwar sind diese Menschen noch weit davon entfernt, wieder ihr eigenes Gewicht zu tragen und ohne Unterstützung zu laufen. Doch "so eine extreme Verbesserung habe ich noch nie gesehen", kommentiert Sukhvinder Kalsi-Ryan, eine Physiotherapeutin an der Health-Network-Universität in Toronto. Sie testet Therapien für Menschen mit Rückenmarksschäden. "Eines der wichtigsten Dinge während der Rehabilitation ist es, normale Stimulationen nachzuahmen", sagt sie. Werden Nerven und andere Zellen nicht genutzt, schrumpfen sie und verkümmern. "Sie hören einfach auf zu arbeiten."

Das Feedback von der künstlichen Haut des Exoskeletts könnte die Nervenzellen gewissermaßen so täuschen, dass sie wieder aktiv werden und wachsen. Das Team um Nicolelis habe etwas geschaffen, das dem menschlichen Empfinden mehr entspricht als alle bisherigen Ansätze. "Was Nicolelis gemacht hat, ist phänomenal – die Patienten sind den normalen Bewegungen eines Menschen wieder näher gekommen." Die Ergebnisse seien vor allem deshalb so beeindruckend, weil alle acht Probanden sie gezeigt hätten.

"Das sind bedeutende Erkenntnisse", sekundiert Lee Miller, der an der Northwestern-Universität von Chicago gedankengesteuerte Prothesen an Affen testet. "Aber es ist wichtig, den Enthusiasmus zu dämpfen. Denn es ist noch ein sehr langer Weg, bevor Patienten überhaupt daran denken können, wieder unabhängig zu laufen."

Niemand weiß wirklich, wie sehr es die Heilung beeinflusst, wenn die Patienten ein Feedback über die Berührungen bekommen. Noch ist zudem unklar, wie es bei Menschen mit kompletter Rückenmarksschädigung überhaupt zu solchen Fortschritten kommen kann. "Obwohl bei ihnen eine komplette Verletzung diagnostiziert worden ist, müssen einige kleine Nervenverbindungen übrig geblieben sein", sagt Miller. Als komplett querschnittsgelähmt eingestufte Menschen sollten nicht als unheilbar abgeschrieben werden, argumentiert Nicolelis. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir ihnen eine reichhaltige Physiotherapie anbieten sollten – unabhängig davon, wie die ursprüngliche Diagnose lautet."

Das "Walk Again"-Exoskelett ist bislang nur ein Prototyp. Die Forschergruppe entwickelt derzeit eine schlankere und erschwinglichere Version und trainiert weitere querschnittsgelähmte Menschen. Die Träger scheint jedoch das Klobige des Prototyps nicht zu stören – einer bat darum, es leihen zu dürfen, damit er an seiner Hochzeit selbst zum Altar gehen könne. Kalsi-Ryan sagt für das Exoskelett voraus, dass es für weit mehr Menschen mit Rückenmarksverletzungen eingesetzt werden wird: "Es mag etwa zehn Jahre dauern, aber ich bin überzeugt, dass diese Dinge zu einem Teil unserer Zukunft werden." (bsc)