Der spinale Querschnitt

Ein Team von Wissenschaftlern sucht nach Wegen, um die Folgen von Querschnittslähmung zu mindern. Das Forschungsprojekt soll die Übertragung von Bewegungssignalen an die Muskulatur realisierbar machen.

In Deutschland leben rund 100.000 Menschen mit einer Querschnittslähmung. Pro Jahr erleiden etwa zehn von einer Million Menschen ein solches Trauma. Die wohl häufigste Ursache eines „spinalen Traumas“ sind Unfälle, die Wirbelsäulenverletzungen zur Folge haben. Menschen mit einer derartigen Behinderung sind in ihrer Beweglichkeit stark eingeschränkt und benötigen dauerhaft Unterstützung. Was wäre, wenn diese Menschen mit Hilfe ihrer Gedanken wieder einfache Bewegungen auslösen könnten?

Während einer Studie an der WHZ wurden die Hirnaktivitäten von Probanden gemessen, indem ein Elektroenzephalogramm (EEG) über dem Motorcortex erstellt wurde. Der Motorcortex ist ein Bereich der Großhirnrinde, von dem aus willkürliche Bewegungen gesteuert und aus einfachen Bewegungsmustern komplexe Abfolgen zusammengestellt werden. Der Ablauf einer natürlichen Bewegung ist ein relativ unterbewusster Vorgang. Die Vorstellung einer Bewegung hat ebenso Auswirkungen auf den Motorcortex. Dieser Vorgang ist für die Studie von Bedeutung. Deshalb mussten die Probanden zunächst Bewegungen wie das Heben eines Beines durchführen, um sich die Bewegung anschließend besser vorstellen zu können. In den Messwerten suchten die Wissenschaftler nach spezifischen Signalen oder Mustern, welche im Hirn bei der Planung und Durchführung von Bewegungen auftreten. Dabei konnten charakteristische Änderungen in der Hirnaktivität identifiziert werden, welche für den weiteren Verlauf des Forschungsprojekts als Grundlage dienen.

Ein zweiter Aspekt war es, die zeitliche Abfolge der Muskelaktivität bei natürlichen Bewegungen zu untersuchen. Dieses komplizierte Zusammenspiel verschiedener Muskelgruppen soll durch eine funktionelle elektrische Stimulation (FES) nachgebildet werden. Anstelle externer Hilfsmittel sollen vorhandene Nerven und Muskeln genutzt werden, um die gelähmten Extremitäten wieder bewegen zu können. Dazu muss es gelingen, die richtigen Muskeln, zur richtigen Zeit, mit der richtigen Kraft, anzusteuern. Um dieses natürliche Verhalten möglichst genau nachbilden zu können, wurde ein programmierbarer Signalgenerator entwickelt. Im weiteren Projektverlauf werden die Auswirkungen verschiedener Signalformen untersucht, um anforderungsspezifische Muskelaktivitäten definiert auslösen zu können. Für die nächsten Entwicklungsschritte sind weitere Messreihen an Probanden notwendig.