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Donnerstag, 19. Oktober 2017, Ausgabe Nr. 42

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Medizintechnik

Phantomschmerzen lassen sich wegtrainieren

Von Evdoxia Tsakiridou | 6. Juni 2014 | Ausgabe 23

Forschern in Schweden ist es gelungen, die Phantomschmerzen eines Patienten effektiv zu behandeln. Für ihre Fallstudie kombinierten sie Methoden der Spieleindustrie mit der sogenannten "erweiterten Realität", bei der virtuelle Objekte in das Sichtfeld einer Person eingeblendet werden.

Max Ortiz Catalan
Foto: Creative Commons Erkännande /Källa Oscar Mattsson

Projektleiter Max Ortiz Catalan zeigt, wie das Modell mithilfe von Elektroden die bioelektrischen Signale seines Arms exakt nachahmt.

Die Schmerzen sind immer da. Und sie sind stark. Fast stündlich wacht der Patient nachts auf, weil sich seine rechte Hand zur Faust schmerzhaft verkrampft. Das Problem: Der rechte Arm des 72-jährigen Probanden in der Abteilung für Biomedizinische Technik der Chalmers University of Technology (Göteborg) ist seit 48 Jahren bis zum Ellenbogen amputiert. Dennoch fühlt er heftige Schmerzen am fehlenden Körperteil. Über 70 % der amputierten Patienten leiden unter sogenannten Phantomschmerzen, unabhängig davon, welche Gliedmaßen chirurgisch entfernt wurden.

Neurobiologen erklären sich das Phänomen mit der Reorganisation des Gehirns. Die Verarbeitung taktiler Reize findet in einer Region der Großhirnrinde, dem sensomotorischen Cortex, statt. Dabei gibt es eine Arbeitsteilung: Gruppen von Neuronen sind für bestimmte Hautareale – etwa für Fußsohlen, Zehen oder Finger – zuständig. Aufgrund dieser Punkt-zu-Punkt-Repräsentation der Peripherie kann unser Gehirn wie bei einer Landkarte den Tast- oder Schmerzreiz exakt einer Körperregion zuordnen.

Da bei amputierten Extremitäten äußere Reize ausbleiben, übernehmen benachbarte Hirnrindenfelder das "freie" Areal. Phantomschmerzen entstehen, vermuten Neurowissenschaftler, weil die Signalmechanismen nicht komplett verschwunden sind und mit den Signalen der reorganisierten Areale konkurrieren. Da die alten Suchsignale, so die Theorie, ohne Antwort bleiben, werden sie weiter verstärkt, was zu immer stärkerer Schmerzempfindung führt.

In den 1990er-Jahren versuchten Neurologen, den Betroffenen mit der sogenannten Spiegel-Therapie zu helfen. Dabei wird die amputierte Extremität des Patienten verdeckt und die unversehrte Gliedmaße von einem Spiegel seitenverkehrt reflektiert. Die einst amputierte Extremität erscheint damit wieder intakt, und der Betroffene hat den Eindruck, er kann seine Hand oder seinen Fuß wieder bewegen.

Diese Methode wirkt aber nicht bei allen Patienten. Deshalb setzten Wissenschaftler der Universität Manchester vom Lehrstuhl für Psychologie die Technik der "virtuellen Realität" (VR) ein: Sie schlossen die heile Gliedmaße ihrer Probanden an ein elektronisches Interface an und bildeten auf dieser Basis das amputierte Gegenstück virtuell auf einer eigens dafür vorgesehenen Brille ab.

Die Patienten konnten sich in der computergenerierten Darstellung mit beidseitig intakten Gliedmaßen erleben und diese bewegen. Die VR-Technologie erlaubt aber keine gegenläufigen Bewegungen der Extremitäten, und eignet sich auch nicht, wenn beide Seiten amputiert sind.

Die Göteborger Forscher sind nun einen Schritt weitergegangen: Sie haben für ihre Fallstudie zusätzlich die Methode der "erweiterten Realität" (AR: augmented reality) eingesetzt und mit einer Technologie aus der Spieleindustrie kombiniert. Dazu hat Versuchsleiter Max Ortiz Catalan Oberflächenelektroden am Ellenbogenstumpf des 72-Jährigen angebracht.

Bei seinen Reha-Übungen, zu denen auch virtuelle Rennspiele gehören, wird er von einer Kamera gefilmt und kann sich selbst auf einem Monitor sehen. Die AR-Komponente besteht darin, dass auf dem Bildschirm sein Stumpf von einem virtuellen Arm überlagert wird, den er in Echtzeit kontrollieren kann – vergleichbar mit Computerspielen, bei denen sich die Nutzer als Figuren erleben, die sie mit eigenen Bewegungen steuern. Dabei "übersetzt" eine Software die elektrischen Signale der Muskeln des Armstumpfs in Bewegungen der kompletten Extremität.

"Im Unterschied zu den vorherigen Therapien arbeiten wir mit den Nervenimpulsen der amputierten Region", sagt Ortiz Catalan. Der Patient könne damit die Hirnrindenareale im Cortex aktivieren, die für Reize und Bewegungen dieses Arms zuständig sind. Hinzu kommt die visuelle Rückkopplung, die sein Gehirn glauben macht, der fehlende Arm sei heil, da er ihn in der computergestützten Darstellung bewegen kann.

Die Kombination der Technologien wirkt umfassender auf den sensomotorischen Cortex. Der Schmerz wird gelindert, indem alte Reizverarbeitungsmechanismen wieder greifen bzw. die Impulse für motorische Befehle mithilfe von AR in willentlich ausgeführte Bewegungen übertragen werden.

Nach eine Reihe von Trainings kann der Patient seine Phantomhand wieder frei bewegen, berichten die Forscher. Die verkrampfte Faust habe sich entspannt und eine neutrale Position gefunden. Nach zehn Wochen habe der Schmerz deutlich nachgelassen, es gebe sogar komplett schmerzfreie Zeiten. Bald wird eine klinische Studie folgen, an der sich schwedische und andere europäische Krankenhäuser beteiligen werden.

Die neu entwickelte Methode, meint Ortiz Catalan, ist für Kliniken nicht nur interessant, weil die Kosten überschaubar sind – für die Behandlung genügen PC und Webcam sowie ein vorheriges Training: "Sie ist auch inspirierend und unterhaltsam und lässt sich ebenfalls bei motorischen Störungen anwenden, also bei Patienten mit Schlaganfall oder Rückenmarkverletzungen." EVDOXIA TSAKIRIDOU

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