Ein neues Gerät ermöglicht es einem Mann, mit seiner Prothesenhand die Temperatur zu spüren.

Ein neues Gerät ermöglicht es einer Person mit einer Amputation, mit einer Prothesenhand Temperaturen wahrzunehmen. Die Technologie ist ein Schritt hin zu Prothesen, die einen vollen Bereich von Sinnen wiederherstellen und dadurch sowohl ihre Nützlichkeit als auch ihre Akzeptanz bei den Trägern verbessern.

Ein Team von Forschern in Italien und der Schweiz hat das Gerät namens "MiniTouch" an der Prothesenhand eines 57-jährigen Mannes namens Fabrizio befestigt, der eine Amputation über dem Handgelenk hat. In Tests konnte der Mann kalte, kühle und heiße Flaschenflüssigkeiten mit perfekter Genauigkeit identifizieren; den Unterschied zwischen Plastik, Glas und Kupfer signifikant besser als durch Zufall erkennen; und Stahlblöcke nach Temperatur mit einer Genauigkeit von etwa 75 Prozent sortieren, berichten die Forscher am 9. Februar in Med.

"Es ist wichtig, diese Technologien so einzubinden, dass Prothesenträger sie tatsächlich zur Durchführung funktionaler Aufgaben verwenden können", sagt Neuroingenieur Luke Osborn vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland, der nicht an der Studie beteiligt war. "Die Einführung neuer sensorischer Rückmeldungsmodalitäten könnte den Benutzern mehr Funktionalität bieten, die sie vorher nicht erreichen konnten."

Das Gerät verbesserte auch die Fähigkeit von Fabrizio, zu erkennen, ob er einen künstlichen oder menschlichen Arm berührte. Seine Genauigkeit lag bei 80 Prozent, wenn das Gerät eingeschaltet war, im Vergleich zu 60 Prozent, wenn es ausgeschaltet war. "Es ist nicht ganz so gut wie mit der intakten Hand, wahrscheinlich weil wir keine [Informationen über] Hautstrukturen geben", sagt Neuroingenieur Solaiman Shokur von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne.

Die Arbeit zur Wiederherstellung des Tastsinns bei Prothesen hat sich in den letzten zehn Jahren stark weiterentwickelt. Aber die Fähigkeit, Temperaturen zu erkennen, ist hinterhergeblieben. "Temperatur ist fast die letzte Modalität, die gelöst werden muss, um dann alle Ergebnisse zusammenzuführen und eine künstliche Gliedmaße wirklich so zu fühlen wie eine biologische", sagt EPFL-Ingenieur Jonathan Muheim.

Die Studie baut auf einer im letzten Mai veröffentlichten Arbeit der Gruppe auf, in der festgestellt wurde, dass Menschen, die eine Amputation hatten, oft Stellen an ihren verbliebenen Gliedmaßen aufweisen, die bei Erwärmung oder Abkühlung Temperaturempfindungen in ihrer fehlenden Hand erzeugen. Dies wird durch die Stimulation von Nerven verursacht, die ursprünglich für die fehlende Hand bestimmt waren. Die Forscher zeigten, dass sie bei 63 Prozent der Amputierten über einen längeren Zeitraum zuverlässig phantome Temperaturempfindungen hervorrufen konnten.

In der neuen Studie haben Shokur, Muheim und ihre Kollegen zunächst Fabrizios phantome Temperaturempfindungen darauf abgebildet, eine Stelle an seinem Arm mit der entsprechenden Empfindung im Zeigefinger seiner fehlenden Hand abzugleichen. Sie haben dann einen Temperatursensor auf die Fingerspitze seiner Prothesenhand angebracht, der über eine Steuereinheit mit einem Gerät an Fabrizios Arm verbunden war, das entsprechende Temperatursignale lieferte.

Derzeit verwendet das Gerät nur einen Sensor an der Spitze des Zeigefingers, aber das Team plant, Sensor-Stimulator-Paare hinzuzufügen, um mehr temperatursensitive Stellen an der Prothesenhand zu schaffen. Sie planen außerdem die Entwicklung einer Prothese, die sowohl die Fähigkeit besitzt, Berührung als auch Temperatur zu empfinden. "Hoffentlich werden wir in etwa einem Jahr an diesem Punkt sein", sagt Shokur.

Die Geschwindigkeit, mit der das Gerät Temperaturen übermittelt, kann zu einem Problem werden, wenn mehrere Sinne kombiniert werden. Osborn und seine Kollegen haben ein Gerät entwickelt, das so dünn wie ein Pflaster ist und realistische Kühlempfindungen nahezu so schnell wie natürliche Reaktionen liefert, berichtete das Team im Juli letzten Jahres in Nature Biomedical Engineering.

In naher Zukunft muss das neue Gerät in größeren Gruppen von Teilnehmern und in realen Umgebungen getestet werden, um sicherzustellen, dass es nicht durch hohe Lufttemperaturen oder Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt wird. "Wir müssen diese Crashtests außerhalb des Labors durchführen", sagt Shokur.

Sobald es das Labor verlässt, weiß Fabrizio bereits, wie er es nutzen würde. "Mit diesen neuen Technologien kann ich besser verstehen, was ich berühre", sagt Fabrizio in einem vorab aufgezeichneten Videointerview. "Mein Hauptanliegen wäre es, es in einer Küche zum Kochen zu verwenden."