Damit Kinder die Welt wieder begreifen können

Wissenschaftler des Neuromuscular Physiology and Neural Interfacing Laboratory (N-squared Lab) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) wollen eine neuronale Schnittstelle entwickeln, die bei Kindern mit neuromotorischen Beeinträchtigungen der Hand die Verbindungen vom Gehirn zur Unterarmmuskulatur stärken beziehungsweise wiederherstellen kann. 

Die Förderung ist ein wichtiger Schritt für das Team um Neurowissenschaftler Prof. Alessandro Del Vecchio auf dem Weg, Kindern (und auch Erwachsenen) dabei zu helfen, eine beeinträchtigte Hand wieder bewegen und mit ihr wieder greifen zu können. Sie knüpft an die ebenfalls bereits vom ERC ausgezeichnete FAU-Grundlagenforschung des N-squared Labs am Department Artificial Intelligence in Biomedical Engineering im Bereich der neuromuskulären Physiologie an. Die Arbeitsgruppe dort widmet sich der Frage, wie das Gehirn Muskeln steuert, und untersucht sensomotorische Schnittstellen für gelähmte Menschen.

„Bei der jetzigen Förderung geht es darum, unsere Grundlagenforschung auf eine mögliche Anwendung bei Kindern zu überprüfen“, erklärt Prof. Alessandro Del Vecchio, N-squared Lab-Leiter und Projektleiter von „PlayAgain“. „Wir wollen eine neuromotorische Schnittstelle entwickeln, die Kindern mit neuromotorischen Beeinträchtigungen der Hand helfen soll, die Aktivierung der Unterarmmuskeln des betroffenen Arms zu verstärken. Dadurch soll beispielsweise eine spätere intuitive Ansteuerung einer Neuroorthese zum aktiven Greifen ermöglicht werden.“

Können die Forschenden nach der 18-monatigen Projektlaufzeit, die voraussichtlich im Sommer starten soll, einen Erfolg verbuchen, locken weitere Fördermittel in Millionenhöhe. Für Del Vecchio nur ein Grund, warum „PlayAgain“ besonders reizvoll ist: „Es gibt nichts Schöneres, als zu sehen, dass man mit seiner Forschung direkt Menschen helfen kann. Wenn es sich dabei um Kinder handelt, die ihr ganzes Leben noch vor sich haben, ist das besonders ergreifend.“

Die Idee, ihr Konzept an Kinder anzupassen, resultiert aus der großen medialen Aufmerksamkeit, welche die Forschungsgruppe durch den Gewinn des Medical Valley Awards 2023 erreicht hat. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der FAU arbeitet das N-squared Lab basierend auf seinen Forschungsergebnissen an der Entwicklung einer Neuroorthese, welche die Handfunktion von Menschen mit neuromuskulären Einschränkungen wieder ermöglicht.

Die Auszeichnung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie hat nicht nur Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier auf das Projekt aufmerksam gemacht, sondern auch Eltern eines gelähmten Kindes. Diesem mussten aufgrund einer stark ausgeprägten Epilepsie die Nervenbahnen der betroffenen Gehirnhälfte unterbrochen werden (Hemisphärektomie), was eine halbseitige Lähmung zur Folge hatte.

„Als das Paar mit der Frage auf uns zugekommen ist, ob wir unser Konzept für ein neuromotorisches Interface nicht auch auf Kinder anpassen könnten, mussten wir im Team nicht lange überlegen“, berichtet Dominik Braun, wissenschaftlicher Mitarbeiter am N-squared Lab, der die vorläufigen Forschungsergebnisse geliefert hat, die zum Gewinn der Förderung führten. Die Vorteile liegen für ihn auf der Hand: „Bei Kindern ist die Neuroplastizität viel höher als bei Erwachsenen. Damit steigt die Chance, dass sie ihre Hände durch den Einsatz einer Neuroorthese wieder bewegen können, immens.“

Die große Hoffnung: Kinder sollen mit der eigentlich gelähmten Hand wieder spielen, später in der Schule dann beispielsweise auch einen Stift halten sowie Alltagsaufgaben erledigen können. Kurz: Sie gewinnen deutlich an Lebensqualität. Grundlage dafür ist die Forschung Del Vecchios, der sich der Frage widmet, wie das zentrale Nervensystem mit unseren Muskeln zusammenarbeitet, um menschliche Bewegungen zu ermöglichen.

Das Prinzip: An den Armen angebrachte Sensoren messen die noch vorhandenen Signale zwischen Gehirn und Muskeln. Eine Gehirn-Computer-Schnittstelle decodiert KI-gestützt die aufgenommenen Signale, um daraus die Bewegungsabsicht der Person abzuleiten. Diese werden weitergegeben an ein Exoskelett in Form eines Handschuhs. Kindern so die Welt wieder begreifbar machen zu können, ist ein besonderer Ansporn für die Wissenschaftler.