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Medizintechnik: Nasensensor erlaubt Schwerstgelähmten Kommunikation

Steuern per Gaumensegel
Manchen schwer gelähmten Menschen oder "Locked-In"-Patienten fehlt, bei vollem Bewusstsein, jede Möglichkeit, sich ihrer Umgebung mitzuteilen, da sie fast keinen Muskel ihres Körpers mehr koordiniert bewegen können; oft nicht einmal die Augenmuskulatur. Ihnen hoffen israelische Forscher einmal helfen zu können: Ein von den Wissenschaftlern entwickeltes und erfolgreich getestetes sensorisches Interface nimmt die Bewegungen des Gaumensegels wahr, mit dem wir regeln, ob die Atemluft durch die Mundhöhle oder den Nasenraum strömt. Das Gaumensegel kann auch von Gelähmten häufig noch gut kontrolliert werden, wie erste Experimente zeigten. Damit wird über ein sensorisches Interface das Schreiben von Texten oder das Steuern eines Rollstuhls möglich.

Mundatmung oder Schnüffeln? Die Messen des Nasendrucks | Sensoren überwachen leichteste Schwankungen des Naseninnendrucks – er ändert sich mit der Bewegung des Gaumensegels, welches den Mundraum beweglich und willkürlich koordiniert von der Nasenhöhle abtrennen kann. Im Bild sind Nasenkanülen zu sehen, die den Druckunterschied an die Sensoren übertragen. Der sensorische Input wird dann in ein Computerprogramm eingespeist.
Das Team um Noam Sobel vom Weizmann Institute of Science im israelischen Rehovot hatte zunächst mit gesunden Freiwilligen getestet, ob sie ihr Gaumensegel tatsächlich willkürlich kontrollieren können. In der Tat gelang es drei Vierteln aller Freiwilligen nach kurzer Zeit, mit ihm die Mundhöhle gegen die Nasenhöhle zu verschließen und wieder zu öffnen – also zwischen "ein- und ausatmen" und "ein- und ausschnüffeln" zu wechseln. Die Forscher überwachten den Erfolg mit Nasenluftdruck-Sensoren, welche ihre Daten an einen Computer übergaben. Mit Hilfe des in elektrische Impulse übertragenen und in den Rechner eingespeisten Signals konnten die Probanden nach einer kurzen Testphase die Software fast ebenso schnell und präzise bedienen wie mit einer Computermaus oder einem Joystick.

Die Forscher testeten das Verfahren dann an drei "Locked-In"-Patienten, von denen zwei ebenfalls bald lernten, ihr Gaumensegel willentlich einzusetzten, um den Computer zu bedienen: die Patienten konnten zum Beispiel Texte schreiben. Sie erreichten dabei eine Geschwindikeit von 1,5 bis 3 Buchstaben pro Minute. Dies sei in etwa vergleichbar mit der Geschwindigkeit, mit der französiche Locked-In-Patient Jean-Dominique Bauby seinen bekannten Roman "Schmetterling und Taucherglocke" verfasst hatte. Bauby blinzelte seinen Text dabei allerdings in einem eigens entwickelten System, bei dem eine Assistentin ihm Buchstaben vorsagen musste.

Steuern mit dem Gaumensegel | Mit den in elektrische Signale übersetzten willkürlichen Bewegungen ihres Gaumensegels können gelähmte Patienten und gesunde Probanden (hier im Bild) einen Rollstuhl durch einen kurvigen Parcours lenken.
Der Gaumensegel-Sensor von Sobel und Kollegen erlaubt noch andere Anwendung, wie weitere Experimente belegten. So gelang es gesunden Freiwilligen und einem seit Jahren gelähmten Patienten erfolgreich, Gaumensegelsignale zum Steuern eines Rollstuhls durch einen Parcours einzusetzen.

Das Gaumensegel des Menschen wird von unterschiedlichen Nerven aus verschiedenen Hirnarealen versorgt, weshalb die Forscher schon vor dem Versuch angenommen hatten, es sei wenig anfällig für einen Totalausfall. Tatsächlich können viele Gelähmte es offenbar auch noch erfolgreich ansteuern und benutzen, während sie künstlich beatmet werden. (jo)

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  • Quellen
Plotkin, A. et al.: Sniffing enables communication and environmental control for the severely disabled. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 10.1073/pnas.1006746107, 2010.

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