Die Christian Doppler Gesellschaft ist 25 Jahre alt und vergibt einen neuen Preis für Forschung und Innovation - diesmal für die Entwicklung von bionischen Prothesen.
Eine funktionslose Hand amputieren und durch eine Prothese ersetzen zu lassen, ist ein ordentlicher psychologischer Schritt. Patrick Mayrhofer bereut ihn nicht. "Wir hatten über anderthalb Jahre versucht, die Hand wieder in Bewegung zu bringen, leider ohne Erfolg. Sie durch eine gedankengesteuerte Prothese zu ersetzen, war die logische Lösung", berichtet der ehemalige Elektriker, während er mit seiner bionischen linken Hand eine Kaffeetasse hebt. Die heute routiniert wirkende Geste war damals, im Jahr 2011, völlig neu.
Oskar Aszmann und sein Team von der Klinischen Abteilung für Plastische und Rekonstruktive Chirurgie der Medizinuniversität Wien gelten als führend auf dem Gebiet der bionischen Rekonstruktion. Weltweite Beachtung erlangten er und seine Kollegen, nachdem Mayrhofer bei der Arbeit in den Stromkreis geraten war und in der Folge seine linke Hand nicht mehr bewegen konnte. Er erhielt eine Prothese, die über Elektroden mit den Muskeln und Nerven im Armstumpf verbunden ist, welche Kommando-Signale vom Gehirn weiterleiten. Wenn er "Tasse heben" denkt, gelangen die Gedanken-Impulse in die Muskeln und diese wiederum steuern die Bewegungen der künstlichen Hand. "Natürlich muss man ein bis zwei Monate trainieren", räumt der 32-Jährige ein, der mittlerweile Profi-Snowboarder ist und bei den Winter-Paralympics 2018 Silber im Banked Slalom gewann.
Auf einem Bildschirm sind die motorischen Fasern des peripheren Nervensystems im Gehirn zu sehen - jene in Rot für Sensibilität in den Fingerspitzen, jene in Grün für Motorik. In seinem Christian-Doppler-Labor für die Wiederherstellung von Extremitätenfunktion an der Medizinuni entwickelt Aszmann Grundlagen für innovative Prothetik, die der deutsche Orthopädie-Konzern Otto Bock in künstliche Gliedmaßen umsetzt.
Die Christian Doppler Gesellschaft (CDG) fördert seit 25 Jahren die Zusammenarbeit von Wissenschaftern mit Firmen in Labors. Aus Anlass des Jubiläums hat sie einen mit 40.000 Euro dotierten Preis für Forschung und Innovation ins Leben gerufen. Chirurg Aszmann wurde im Rahmen eines Festakts in Wien am Freitag als erster Preisträger ausgezeichnet.
Den Tastsinn nachbauen
Der CDG-Preis für Forschung und Innovation soll künftig regelmäßig an Wissenschafter vergeben werden, die den Grundgedanken der Fördergesellschaft "hervorragender anwendungsorientierter Grundlagenforschung und der Stärkung der Innovationskraft der Unternehmenspartner" besonders erfolgreich umsetzen. "Gedankengesteuerte Prothesen zeigen, wie man mit Forschung und Innovation die Leben der Menschen verbessern kann", sagte Wirtschaftsministerin Margarete Schramböck im Vorfeld vor Journalisten. Aszmann und seinem Team sei die wissenschaftliche Seite mit Publikationen in hochrangigen Fachzeitschriften und 19 Dissertationen "besonders gelungen", betonte CDG-Präsident Martin Gerzabek.
Fühlende Prothesen, die die Umwelt nicht nur ergreifen, sondern auch ertasten und dem Gehirn vermitteln können, was es dabei spürt, sind Aszmanns nächstes Ziel. Er will sozusagen den Tastsinn nachbauen. "Eine Fingerspitze hat etwa eine Million Rezeptoren. Wenn eine Fliege sich hinsetzt, empfängt das Gehirn innerhalb von 30 Millisekunden jenes Signal, das wir als Kitzeln wahrnehmen", sagt er. Ein mechatronisches System mit Rezeptor und Überleitung benötige derzeit 300 Millisekunden. Das sei zu lang.
"Unsere Wahrnehmung dessen, was wir über Haut und Nerven spüren, wird normalerweise von Muskeln gesteuert. Nur die feine Mimik des Gesichts wird von der Haut über den Gesichtsmuskeln kontrolliert", erklärt der Chirurg. Derzeit teste ein Bio-Konstrukt, nach diesem Prinzip. Es soll Tast-Signale über eine prothetische Schnittstelle und ein Haut-Transplantat auf den Muskeln in das Gehirn leiten. "Kleinste Momente können auf eine Art und Weise aufgelöst werden, wie es das muskuläre System nicht schaffen würde", sagt Aszmann, der zur Erforschung dieses Gebiets einen Förderpreis des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten hat.
Der Übertritt vom Bio-Signal in die Maschine ist aber nicht nur für die Prothetik relevant, sondern auch für jede Art von Displays und technologische Schnittstellen. Querschnittgelähmte könnten mit Bio-Signalsteuerung ihre Arme bewegen, Schlaganfall-Patienten motorische Defizite ausgleichen und Menschen mit spastischer Lähmung sich fließender bewegen.