Kann das Gehirn künstliche Gliedmaßen genauso anerkennen wie echte? Neue Studien belegen, dass es möglich ist

Trotz der Entwicklung modernster Technologien im Bereich der Prothetik bieten künstliche Gliedmaßen bislang noch nicht die volle Funktionalität biologischer Körperteile. Um diese Herausforderung anzugehen, konzentrierten sich Wissenschaftler und Ingenieure auf die Verbesserung von tragbarer Technologie durch Robotertechnik und künstliche Intelligenz. Der Begriff der Verkörperung bedeutet hierbei, dass ein externes Objekt vom Gehirn wie ein eigener Körperteil gesteuert wird. Dies ist entscheidend für eine bessere Integration künstlicher Teile in den menschlichen Körper.

Forscher, die teilweise von dem EU-finanzierten Projekt EmbodiedTech unterstützt wurden, haben gezeigt, wie prothetische Gliedmaßen im Gehirn genau wie echte Hände dargestellt werden. Ihre Studie könnte Rehabilitationsstrategien für Amputierte begleiten und die Umsetzung zukünftiger Augmentationstechnologien erleichtern.

Die Erkenntnisse wurden vor Kurzem in der Fachzeitschrift „Brain“ veröffentlicht. Die Studie umfasste 32 Personen mit einer fehlenden Hand – von denen die eine Hälfte mit nur einer Hand geboren wurde und die andere Hälfte ihre Hand aufgrund einer Amputation verloren hat – sowie 24 Personen mit zwei Händen als Kontrollgruppe. Den Teilnehmern wurden Bilder von Handprothesen, einschließlich Fotos ihrer eigenen Prothesen, sowie von echten Gliedmaßen gezeigt. Ihre neuronalen Reaktionen wurden mittels funktioneller Magnetresonanztomographie bewertet, wobei u. a. die Gehirnaktivität durch Veränderungen, die mit dem Blutfluss zusammenhängen, gemessen wird.

Dr. Tamar Makin beschrieb die Studie in einer Pressemitteilung des University College London (UCL) wie folgt: „Obwohl die Verwendung einer Prothese für Personen mit einer Hand sehr vorteilhaft sein kann, bevorzugen es die meisten von ihnen, Prothesen nicht regelmäßig zu benutzen, weshalb es von großer Bedeutung sein könnte zu verstehen, wie man sie benutzerfreundlicher machen kann.“ Dr. Makin, Professor am UCL Institute of Cognitive Neuroscience, fügte hinzu: „Wenn wir das Gehirn einer Person davon überzeugen können, dass die künstliche Gliedmaße der Person ihre echte ist, könnten wir Prothesen herstellen, die komfortabler und einfacher zu benutzen sind.“

Die Forscher beobachteten, dass die neuronalen Reaktionen im visuellen Kortex des Gehirns, der es Menschen ermöglicht, Hände zu erkennen, bei Teilnehmern mit Prothesen stärker waren als in der Kontrollgruppe. Dies war insbesondere bei einhändigen Teilnehmern der Fall, die ihre Prothesen im täglichen Leben regelmäßig in Anspruch nahmen. Die Forscher erklärten in dem Fachartikel: „Wir zeigen, dass die visuellen Bereiche im lateralen occipitotemporalen Kortex, die für die Erkennung der Hände zuständig sind, umso stärker auf Bilder von Prothesen reagieren, je häufiger Einhändige im Alltag eine künstliche Gliedmaße (Prothese) verwenden.“ Dieser Teil des Gehirns reagierte ebenfalls auf Bilder von Prothesen, die funktional sind, aber nicht wie eine Hand aussehen, z. B. eine Hakenprothese.

Darüber hinaus analysierten die Forscher die neuronalen Verbindungen zwischen den einzelnen Hirnregionen, die es den Menschen ermöglichen, Hände zu erkennen und zu steuern. Sie fanden heraus, dass es bei Menschen, die ihre Prothesen regelmäßig benutzten, eine bessere Verbindung zwischen diesen beiden Hirnregionen gab. Dies deutet darauf hin, dass sich das Gehirn selbst neu programmiert hat.

Fiona M. Z. van den Heiligenberg, Koautorin des Fachartikels, erklärte laut einem in der UCL-Pressemitteilung erschienen Zitats: „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der entscheidende Faktor dafür, ob das Gehirn auf eine Handprothese genauso wie auf eine reale Hand reagiert, in der Verwendung von Prothesen liegt. Da viele unserer Studienteilnehmer im Erwachsenenalter ihre Hände verloren haben, stellen wir fest, dass sich unser Gehirn in jedem Alter anpassen kann, was gegen gängige Theorien spricht, die behaupten, dass die Plastizität des Gehirns von der frühen Entwicklung abhängt.“

Das fortlaufende Projekt EmbodiedTech (Can humans embody augmentative robotics technology?) untersucht die Bedingungen, die für eine technologische Verkörperung erforderlich sind, unter Zuhilfenahme von prothetischen Gliedmaßen als Modell.

Weitere Informationen:
EmbodiedTech-Projekt