Gehirn steuert das Fußgelenk von Prothesen

Unterschenkelprothese, die von Gedanken gesteuert wird (Foto: Aaron Fleming, ncsu.edu)

Raleigh (pte002/20.10.2023/06:05) - Mit einem neuartigen Fußgelenk von Forschern der North Carolina State University ( https://www.ncsu.edu ) sollen Menschen mit Beinprothese natürlicher laufen und ihre Balance besser halten können. Das Gelenk wird von den Nervenenden im Beinstumpf gesteuert. "Wir haben uns auf die Kontrolle der Bewegung konzentriert, was überraschend kompliziert ist", sagt Forschungsleiterin Helen Huang.

Stabilität als Herausforderung

"Im Grunde nimmt unser Körper im Stillstand ständig Anpassungen vor, um uns stabil zu halten. Rempelt uns zum Beispiel jemand an, während wir in der Schlange stehen, machen unsere Beine vielfältige Bewegungen, die uns nicht einmal unbedingt bewusst sind, um uns aufrechtzuhalten. Wir arbeiten mit Menschen zusammen, deren Unterschenkel amputiert sind, und sie wissen aus eigener Erfahrung, dass das Erreichen dieser Art von Stabilität mit Prothesen eine große Herausforderung darstellt", so Huang.

Fußgelenkprothesen, die mithilfe von elektromyografischen Signalen gesteuert werden, könnten den Benutzern außergewöhnlich gut dabei helfen, diese natürliche Stabilität zu erreichen, so die Forscherin. Das sind die elektrischen Signale, die die Muskeln einer Person steuern. Jetzt werden sie genutzt, um die künstlichen Muskeln in Prothesen zu lenken.

Weniger stolpern sowie fallen

"Grundsätzlich werden die Sensoren, die die natürlichen Signale weitergeben, über den Muskeln an der Amputationsstelle platziert", ergänzt Aaron Fleming, der bei Huang promoviert hat. "Wenn ein Nutzer daran denkt, den nicht mehr vorhandenen Unterschenkel zu bewegen, sendet er elektrische Signale aus, die das Körperteil bewegen würden, wenn es noch da wäre. Die Sensoren nehmen diese Signale durch die Haut auf und übersetzen sie in Befehle für die Prothese."

Studienteilnehmer hatten die Aufgabe, auf eine "erwartete Störung" zu reagieren, also auf etwas, was sie aus dem Gleichgewicht bringen könnte. Im Alltag wäre das etwa das Fangen eines Balls oder der Einkauf im Supermarkt. Die Forscher haben, um die Ergebnisse vergleichbar zu machen, ein mechanisches System entwickelt, das die Stabilität der Teilnehmer gezielt stört. Die Probanden trugen bei diesen Tests abwechselnd ihre angestammten Prothesen und die, deren Fußgelenk sich durch Gedanken beeinflussen ließ. "Wir haben festgestellt, dass die Studienteilnehmer bei Verwendung des Roboterprototyps deutlich stabiler waren. Es war weniger wahrscheinlich, dass sie stolperten oder fielen", schließt Fleming.

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