23.04.2020

Ein einziger Nerv – viele verschiedene Bewegungen!

Die funktionelle elektrische Stimulation von motorischen Nerven oder Muskeln wird seit Jahrzehnten eingesetzt, um bei gelähmten Patienten, die beispielsweise eine Rückenmarksverletzung erlitten haben, die Bewegungsfähigkeit wiederherzustellen. Die Idee basiert auf den bahnbrechenden Erkenntnissen von Luigi Galvani aus dem 18. Jahrhundert. Er konnte Bewegungen in Froschschenkeln auslösen, wenn er sie elektrischen Spannungen aussetzte – damals noch durch natürlich vorkommende Blitze oder einfache „Batterien“ aus Kombination verschiedener Metalle.

Das Prinzip wurde in verschiedene neurotechnologische Ansätzen zur Wiederherstellung von Bewegungen übersetzt, insbesondere für Arm- und Handbewegungen. Diese sind besonders wichtig, wenn es darum geht, querschnittsgelähmten Menschen einen gewissen Grad an Selbstständigkeit im Alltag zurückzugeben. Behindert wurden derartige Ansätze jedoch immer durch die Größe der zur Stimulation verwendeten Elektroden. Sie waren so groß und wuchtig, dass sie gleichzeitig den gesamten Nerv oder Muskel stimulierten und somit typischerweise nur eine einzige Art von einfacher Bewegung auslösen konnten. Solche einfachen Bewegungen wie z. B. Ellbogenstreckungen sind für alltägliche Tätigkeiten nur von begrenztem Nutzen. Um komplexere, nützlichere Bewegungen wie etwa Greifbewegungen zu erzeugen, muss eine aus mehrere Elektroden kombinierte Stimulation erfolgen. Die Folge waren räumlich sperrigen Systeme, mühsame Verfahren zu ihrer Einrichtung und – bei implantierten Elektroden – komplizierte wie riskante chirurgische Eingriffe.

Ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren und Klinikern an der Universität Montpellier hat nun einen alternativen Ansatz zur funktionalen elektrischen Stimulation eingeschlagen. In einer klinischen Studie mit querschnittsgelähmten Patienten implantierten sie multikontaktige Nerven-Cuff-Elektroden von CorTec anstelle von klassischen Ringelektroden um die Radial- oder Median-Nerven. Somit waren insgesamt 12 Elektrodenkontakte an verschiedenen Positionen entlang und um den Nerv platziert. Wenn die Forscher die Stimulationsströme durch verschiedene Kombinationen der 12 Elektrodenkontakte fließen ließen, konnten sie reproduzierbar eine erstaunliche Vielfalt verschiedener Bewegungen von Ellbogen, Handgelenk oder Fingern hervorrufen.  Bei diesem Verfahren, im Englischen „current steering“ genannt, scheinen die elektrischen Ströme unterschiedliche Wege durch den Nerv nehmen und verschiedene Funktionskompartimente des Nervs, Faszikel genannt, zu aktivieren, die mit verschiedenen Muskeln oder Muskelteilen verbunden sind.

Die Ergebnisse der französischen Forscher zeigen eindrucksvoll, dass es durch den Einsatz von Multikontaktelektroden möglich sein könnte, vielseitigere und flexiblere Systeme für die funktionelle elektrische Stimulation zu bauen, die effizient und robust eine Vielzahl von Bewegungen durch eine einzige implantierte Elektrode erzeugen. Solche Systeme könnten dazu beitragen, nicht nur  die chirurgischen Risiken zu minimieren, sondern vor allem den praktischen Nutzen für die Patienten maximieren und ihre Lebensqualität zu steigern.


Literatur:

 Wafa Tigra, Christine Azevedo, Jacques Teissier, Anthony Gelis, Bertrand Coulet, Jean-Louis Divoux, David Guiraud (2019): “Implanted Nerve Electrical Stimulation allows to Selectively Restore Hand and Forearm Movements in Patients with a Complete Tetraplegia”. BioRxiv, doi: https://doi.org/10.1101/534362

 

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