Per­so­nen: Wenn Gedan­ken Glä­ser versetzen

Ger­not Mül­ler-Putz, Lei­ter des Insti­tuts für Neu­ro­tech­no­lo­gie an der TU Graz, forscht seit fast zwei Jahr­zehn­ten an gedan­ken­ge­steu­er­ten Neu­ro­pro­the­sen für Hand­funk­tio­nen. Mit unver­min­der­ter Lei­den­schaft. Von Ursula Jungmeier-Scholz

Mit Gedan­ken einen Robo­ter steu­ern – wer möchte das nicht?“, lau­tet die Ant­wort von Ger­not Mül­ler-Putz auf die Frage, wie er zu sei­nem For­schungs­ge­biet gekom­men ist. Als wäh­rend sei­nes Stu­di­ums der Elek­tro- und Bio­me­di­zi­ni­schen Tech­nik ein der­ar­ti­ges Thema für eine Pro­jekt­ar­beit ver­ge­ben wurde, war er sofort Feuer und Flamme. Heute, fast 20 Jahre spä­ter, ist er nicht nur Pro­fes­sor für Seman­ti­sche Daten­ana­lyse an der Fakul­tät für Infor­ma­tik und Bio­me­di­zi­ni­sche Tech­nik der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Graz, son­dern auch noch immer im sel­ben For­schungs­ge­biet tätig. Mit unver­min­der­ter Lei­den­schaft. Sogar zu jenem quer­schnitt­ge­lähm­ten Mann, des­sen Orthese das Diplom­ar­beits-Sujet von Mül­ler-Putz war, hält er noch Kontakt.

Mül­ler-Putz lei­tet außer­dem das insti­tuts­ei­gene Labor für Brain Com­pu­ter- Inter­faces (BCI). Aktu­ell koor­di­niert er neben sei­ner Lehr­tä­tig­keit unter ande­rem das EU-Pro­jekt „More­Grasp“ – grasp wie grei­fen –, das die Wei­ter­ent­wick­lung einer Gedan­ken-gesteu­er­ten Neu­ro­pro­these für Quer­schnitt­ge­lähmte sowie deren Eva­lu­ie­rung in einer Lang­zeit­stu­die umfasst. „Gesun­den Men­schen ist das sel­ten bewusst, aber Grei­fen ist ein hoch­kom­ple­xer Vor­gang.“ Daher bün­delt das seit 2015 lau­fende Pro­jekt Kom­pe­ten­zen aus dem kli­ni­schen Bereich ebenso wie aus der Medi­zin­tech­nik: betei­ligt sind die Uni­kli­nik Hei­del­berg, die Uni­ver­si­tät Glas­gow, das Gra­zer Know Cen­ter sowie die Ham­bur­ger Medel GmbH und die spa­ni­schen Bit­Brain Tech­no­lo­gies. Erste Pro­jekt­er­geb­nisse prä­sen­tierte Mül­ler-Putz im Vor­jahr auf der inter­na­tio­na­len Brain Com­pu­ter-Inter­faces-Kon­fe­renz in Graz.

Suche nach Probanden

Das für drei Jahre anbe­raumte For­schungs­pro­jekt More­Grasp hat sich zum Ziel gesetzt, die opti­mierte End-Anwen­dung letzt­lich mit 15 Nut­zern zu evaluieren. 

Das Sys­tem selbst konnte in den ver­gan­ge­nen bei­den Pro­jekt­jah­ren bereits wesent­lich ver­fei­nert wer­den. „Frü­her haben sich die Teil­neh­mer nur vor­ge­stellt, dass sie eine Hand- oder Fuß­be­we­gung aus­füh­ren. Die ent­spre­chen­den Hirn­si­gnale wur­den an der Kopf­haut detek­tiert und in Elek­tro­im­pulse an die Hand­mus­ku­la­tur umge­wan­delt“, erzählt Mül­ler-Putz. „Nun ver­su­chen die Pro­ban­den, die wirk­li­che Bewe­gung – etwa die Hand auf­zu­ma­chen oder einen Zylin­der­griff, um ein Glas zu hal­ten – aus­zu­füh­ren. Selbst wenn das auf­grund ihrer Rücken­mark­schä­di­gung nicht geht, sind die zuge­hö­ri­gen Hirn­si­gnale unter­scheid­bar und füh­ren zu einer natür­li­che­ren Steue­rung für die Neuroprothese.“ 

Auch die elek­tri­sche Sti­mu­la­tion der Mus­keln konnte ver­bes­sert wer­den. „Bis­her konnte die Pro­these nur rudi­men­täre Bewe­gungs­mus­ter gene­rie­ren: Hand auf oder Hand zu.“ Ein Durch­bruch wurde im Bereich der Signal­wei­ter­gabe an den Mus­kel per Multi-Elek­tro­de­n­ar­ray erzielt: Wird eine (Dreh-)Bewegung aus­ge­führt, ver­än­dert sich die Posi­tion der Haut in Bezug auf den dar­un­ter lie­gen­den Mus­kel; die Elek­tro­den sit­zen somit nicht mehr über dem idea­len Ansatz­punkt. Dadurch kann es pas­sie­ren, dass sich der Griff lockert und das erfasste Glas aus der Hand fällt. „Diese Unge­nau­ig­keit kön­nen wir nun her­aus­rech­nen und die Elek­tro­den vir­tu­ell ent­spre­chend verschieben.“

Mit EEG-Head­set im Warenhaus

Detek­tiert wer­den die Hirn­si­gnale nicht-inva­siv über eine Elek­tro­den-besetzte Haube an der Schä­del­ober­flä­che und wer­den danach von einem klei­nen, leich­ten Gerät ver­stärkt. Das ver­wen­dete EEG-Head­set ähnelt einer Bade­kappe mit fei­nen her­aus­hän­gen­den Kabeln – ein gewöh­nungs­be­dürf­ti­ger Anblick für die Men­schen in der Umge­bung. „Aber viel­leicht kommt ein­mal ein Indus­trie­de­si­gner, der die Haube ‚ver­hüb­schen‘ möchte“, so Mül­ler-Putz. Wie das EEGHead­set auf unin­for­mierte Beob­ach­tende wirkt, hat er vorab selbst aus­pro­biert: Er setzte die Haube für einen hal­ben Tag auf und ist damit durch Graz gegan­gen – auch in das größte inner­städ­ti­sche Waren­haus. Im Schlepp­tau hatte er eine mit Foto­ap­pa­rat aus­ge­rüs­tete Kol­le­gin. „Einige Leute haben schon komisch geschaut. Aber eigent­lich hat ja heute schon fast jeder Zweite Schnüre aus dem Ohr hän­gen und das gilt auch als normal.“ 

Die Über­tra­gung der ver­stärk­ten Hirn­si­gnale via Funk­tio­nel­ler Elek­tro­sti­mu­la­tion (FES) an Hand und Arm geschieht mit einer mobi­len Rech­ner­ein­heit, die am Roll­stuhl unauf­fäl­lig posi­tio­niert ist. Auch hier konnte durch More­Grasp die Nut­zer­freund­lich­keit erhöht wer­den. Der­zeit gibt es für das Sys­tem funk­tio­nie­rende Pro­to­ty­pen, wobei sämt­li­che Kom­po­nen­ten draht­los mit­ein­an­der kom­mu­ni­zie­ren und die Nut­zer nur ein Tablet bedie­nen müs­sen – ein Stück Inge­nieurs­ar­beit, auf das Mül­ler-Putz beson­ders stolz ist. 

Wesent­lich dabei ist die indi­vi­du­elle Adap­tie­rung, denn jeder Mensch ver­fügt über eigene EEG-Mus­ter und benö­tigt eine per­sön­lich ange­passte Elek­tro­sti­mu­la­tion am Unter­arm. Um diese zu opti­mie­ren, muss trai­niert wer­den – und genau dafür wurde im Rah­men von More­Grasp sogar ein eige­nes Com­pu­ter­spiel ent­wi­ckelt. Ler­nen darf auch Spaß machen. Geforscht wird unter Mit­hilfe von Quer­schnitt­ge­lähm­ten und – wie so oft im uni­ver­si­tä­ren Kon­text – von Frei­wil­li­gen – meist Stu­den­ten. Dabei hat sich gezeigt, dass die Betrof­fe­nen kla­rere Hirn­si­gnale aus­sen­den. „Die Moti­va­tion, sich zu kon­zen­trie­ren, ist bei ihnen mög­li­cher­weise höher“, ver­mu­tet Müller-Putz.

„Nicht alles ein Drama“

Seine Kin­der, acht und elf Jahre alt, fin­den die Arbeit des Vaters „cool“. Er selbst hatte es sich immer zum Ziel gesetzt, sinn­voll und anwen­der­nah zu for­schen – und nach die­sen Kri­te­rien wählt er auch die The­men für die Pro­jekte sei­ner Stu­die­ren­den aus. Das Wesent­lichste, das er im Laufe der engen Zusam­men­ar­beit mit Quer­schnitt­ge­lähm­ten gelernt hat: „nicht alles Unangenehme,was man erlebt, ist ein Drama“. 

Im Umgang mit Betrof­fe­nen musste er zunächst eine gewisse Scheu able­gen. „Ich habe mich gefragt, ob ich ein­fach so sagen kann: ‚gehen wir in die Küche‘ oder ob ich da ‚rol­len‘ sagen muss.“ Schließ­lich ist er zur Erkennt­nis gekom­men: „Ich setze mich hin, um auf Augen­höhe kom­mu­ni­zie­ren zu kön­nen. Ansons­ten benehme ich mich ganz normal.“

Am Ziel fühlt sich der 44-jäh­rige Ober­ös­ter­rei­cher, der erst kürz­lich den Lud­wig-Gutt­man-Preis der Deutsch­spra­chi­gen Medi­zi­ni­schen Gesell­schaft für Para­ple­gie gewon­nen hat, noch nicht. Nach­dem er sich bei sei­nen For­schungs­ar­bei­ten zunächst auf die Hand kon­zen­triert hat, möchte er die Bewe­gung des gesam­ten Armes erfor­schen und steu­ern kön­nen. Ein ers­ter Ansatz dazu ist sein vom Euro­päi­schen For­schungs­rat (ERC) geför­der­tes Pro­jekt „Feel your reach“.

Die Arbeit prägt ihn: „Ich kann nicht mehr zuschauen, wenn Leute wag­hal­sige Sprünge machen – weil ich weiß, wel­che Fol­gen das haben kann.“ Er kann nicht zuschauen – wohl­ge­merkt. Denn selbst sucht er den Aus­gleich zur beruf­li­chen­Her­aus­for­de­rung wei­ter­hin im Sport: beim Moun­tain­bi­ken und Berg­stei­gen – und das auch nicht immer auf ganz harm­lo­sen Routen…

© Öster­rei­chi­sche Ärz­te­zei­tung Nr. 1–2 /​25.01.2018