Wie die Erforschung einer einfachen Geste zu besseren Prothesen führt

Mit geschlossenen Augen ein Glas an die Lippen führen: Über diese einfache Geste denken Forscher der Universität Freiburg nach. Sie haben herausgefunden, dass dahinter ein komplizierter Mechanismus steht. Ihre Erkenntnisse könnten helfen, bessere Prothesen zu bauen. 

Der Mensch hat in Muskeln, Sehnen und Gelenken spezielle Sensoren, die Propriorezeptoren genannt werden. Dahinter steht eine Art sechster Sinn. Propriozeption ist die Wahrnehmung der Position der eigenen Glieder im Raum. Diese Rezeptoren erlauben ganz banale Bewegungen, über die man im Normalfall gar nicht nachdenkt. Beispiel: Der Mensch kann auch in totaler Dunkelheit eine Flasche ergreifen und sie zielsicher an den Mund führen, um daraus zu trinken. Wie das genau funktioniert, haben Neurowissenschaftler der Universität Freiburg erforscht. Sie haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht, wie die Universität mitteilt.

Versuche mit Mäusen

Propriorezeptoren nehmen die aktuellen Informationen über die Lage von Armen und Beinen im Raum auf und schicken diese an das Gehirn. Die Propriozeption sei ein noch weitgehend unerforschtes sensorisches System, sagt Mario Prsa, Assistenzprofessor am Departement für Neuro- und Bewegungswissenschaften der Uni Freiburg. Zusammen mit seinem Team versuchte er herauszufinden, welche spezifischen Signale bei aktiviertem propriozeptiven System wahrgenommen und im Gehirn codiert werden.

Die Forscher nahmen bei ihren Forschungen Mäuse zu Hilfe. Diese waren darauf abgerichtet, eine Wahrnehmungsaufgabe durchzuführen. Ein Robotersystem schickte gut quantifizierbare propriozeptive Reize an die Vordergliedmassen der Mäuse. Durch die Bewegung ihrer Glieder in verschiedene Richtungen bemerkte das Team, dass die Mäuse klar unterscheiden zwischen Bewegungen vom Körper weg und zum Körper hin. Das Team konnte zudem zeigen, dass die Signale von den Muskeln der Vordergliedmassen zur Hirnrinde hochlaufen und wo die Reize im Gehirn verarbeitet werden.

Vor allem Bewegung

Doch was genau passiert dann im Gehirn, wenn die Informationen eintreffen? Dies versuchten die Forschenden mit einer anderen Methode bildlich darzustellen, der sogenannten Zwei-Photonen-Mikroskopie. Das Team kam zum Schluss, dass die Nervenzellen die Wahrnehmung der Gliedmassen vor allem in Bezug auf die Bewegungsrichtung codieren und weniger in Bezug auf die Position im Raum oder die Haltung.

Für Neuroprothesen

Zurück zu den Menschen: Die Erkenntnisse könnten bei der Konzipierung von Neuroprothesen helfen. Wenn diese gelähmte oder amputierte Glieder vollständig ersetzen sollen, dann müssen sie auch die Aufgabe der Nerven übernehmen können. Das heisst, sie müssten in der Lage sein, sensorische Signale an das Gehirn zu senden und so die Propriozeption zu imitieren. Wie es in der Mitteilung heisst, stellt sich nun die Frage, welche Bewegungseigenschaften bei künftigen Prothesen bei der Planung der Reizparameter berücksichtigt werden müssten. Die Freiburger Forscher tendieren dazu, dass vor allem die Bewegung des künstlichen Arms zu einem bestimmten Ziel hin, etwa dem eigenen Körper, zentral sein könnte.

Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten zudem eine Basis für neue Therapieansätze sein, wenn bei einem Menschen die Propriozeption gestört sei, schliesst die Uni.