Interface zwischen Nerven und Prothese

Forscher der Technischen Universität Berlin und des Fraunhofer IZM entwickeln eine Schnittstelle, über die Menschen eine Prothese fast so gut wie ein normales Körperteil bewegen können sollen.

Möglich machen soll dies eine dünne Schicht Elektronik über einer haarfeinen acht mal acht Millimeter großen Platte. Aus dieser ragen hundert feine Nadeln heraus. So könnte in wenigen Jahren die Schnittstelle zwischen Mensch und Prothese aussehen, die in Fachkreisen „Array“ genannt wird.

„Ein solches Interface lässt sich zwar auch direkt verdrahten“, erklärt der Physiker Matthias Klein vom IZM. Dann aber würden Drähte von den Nerven aus dem Inneren des Armstumpfes oder sogar aus dem Inneren des Gehirns an die Oberfläche des Gewebes zu einer Art Stecker führen. Das würde jedoch ein erhebliches Infektionsrisiko bedeuten. Daher haben die Wissenschaftler eine drahtlose Schnittstelle entwickelt.

Die hundert nadelfeinen Spitzen an der Unterseite werden in das Gewebe gedrückt. Sendet nun eine Nervenzelle einen elektrischen Stromimpuls, können die Nadelspitzen diesen Stromfluss aufnehmen. Dazu benötigen sie einen direkten Kontakt zum sendenden Nerv im Gehirn oder am Nervenstrang.

Der Rest ist Mikroelektronik. Die Spitzen leiten das Signal an einen winzigen Chip weiter. Dieser verstärkt das schwache Signal und filtert gleichzeitig störendes Rauschen heraus. Ganz oben auf dem drei Millimeter hohen Bauteil gibt es dann noch eine winzige Antenne, die das Signal nach außen sendet. Das Interface wird drahtlos mit Energie versorgt. Dazu legen die Forscher außerhalb des Körpers mittels einer Spule ein kleines elektrisches Feld an – dieses Prinzip ist aus der Scanner-Technik bekannt.

Steckt so ein Interface im Gewebe, stellt sich der Mensch zum Beispiel vor, er würde gerade seine Hand zur Faust ballen. Das Nervensignal wird nun zu einer Software weitergeleitet, die nach einigen Malen „Faust ballen“ das entsprechende Signal „erlernt“. Kommt nun im Alltag das Signal „Faust ballen“, gibt die Software den Befehl in einer Sprache weiter, die der Elektronik in der Prothese geläufig ist.

Das Interface kann auch umgekehrt funktionieren. Matthias Klein: „Sensoren in der Prothese können Signale so auch über das Interface an das Nervengewebe im Gehirn weiterleiten.“ Mit Hilfe des „Arrays“ könnten Prothesen in Zukunft also auch Sinneseindrücke an den Körper liefern. (dsc)