Pilot­stu­die: Elek­tri­sche Phan­tom­sti­mu­la­ti­on bei einer Pati­en­tin mit links­sei­ti­ger Armamputation

F. Kruijen, A. Meier-Koll
Nach dem traumatischen Verlust einer oberen Extremität können deren motorische Funktionen teilweise mit Hilfe einer myoelektrischen Hand- oder Armprothese wiederhergestellt werden. Der Anwender, der beispielsweise nach einem Gegenstand greift, kann jedoch den Griffkontakt nicht spüren. In der vorliegenden Pilotstudie konnte an einer Patientin mit linksseitiger Armamputation eine Phantomwahrnehmung ihrer linken Handinnenfläche mit Hilfe elektrischer Impulsströme ausgelöst werden, die an bestimmte rezeptive Hautzonen im Bereich des Amputationsstumpfes geleitet werden. Wenn die Probandin mit ihrer Myoprothese nach einem Stoffsack greift und sich dabei auf die Phantomhand konzentriert, ortet sie diese neben der Prothese. Sobald sie jedoch auf ihre greifende Prothesenhand blickt, fühlt es sich an, als befinde sich die Phantomhand in unmittelbarer Nähe der Prothesenhand. Der Artikel diskutiert mögliche Mechanismen einer visuell herbeigeführten Kongruenz von Phantom und Prothese.

Ein­lei­tung

Die Wahr­neh­mung des Kör­pers in all sei­nen Tei­len ist das Kor­re­lat elek­tri­scher Impuls­ak­ti­vi­tä­ten von Neu­ro­nen der post­zen­tra­len Rin­den­fel­der bei­der Hirn­hälf­ten. Ner­ven­im­pul­se tak­ti­ler, nozi­zep­ti­ver und pro­prio­zep­ti­ver Sin­nes­re­zep­to­ren wer­den über Ner­ven­bah­nen durch das Rücken­mark, den Hirn­stamm und den Tha­la­mus an Ziel­neu­ro­nen der jeweils gegen­sei­ti­gen post­zen­tra­len Hirn­rin­de gelei­tet. Die­se sen­si­blen Ner­ven­bah­nen tref­fen an ihren Ziel­neu­ro­nen in “somato­toper” Ord­nung ein. Das bedeu­tet, dass jede Kör­per­hälf­te vom Schei­tel bis zur Soh­le im Gehirn in einem Kon­ti­nu­um von Ziel­neu­ro­nen als soge­nann­ter Homun­ku­lus abge­bil­det wird 1. Sin­nes­re­zep­to­ren, die auf einer Kör­per­hälf­te an benach­bar­ten Orten lie­gen, erre­gen daher auch Neu­ro­nen benach­bar­ter Stel­len der soma­to­sen­so­ri­schen Rin­de der gegen­sei­ti­gen Hirnhälfte.

Anzei­ge

Die Ampu­ta­ti­on einer Hand oder eines Armes unter­bricht Ner­ven­bah­nen. Somit wer­den kei­ne Reiz­im­pul­se mehr an die ent­spre­chen­den Ziel­neu­ro­nen gelei­tet, die auf der soma­to­sen­so­ri­schen Hirn­rin­de die ver­lo­re­ne Hand oder den ver­lo­re­nen Arm reprä­sen­tiert hat­ten. Die nicht mehr betä­tig­ten syn­ap­ti­schen Ver­bin­dun­gen die­ser Ner­ven­bah­nen mit ihren Ziel­neu­ro­nen zer­fal­len. In das nach der Ampu­ta­ti­on brach­lie­gen­de Feld der Ziel­neu­ro­nen wach­sen intra­kor­ti­kal axo­na­le Fasern aus benach­bar­ten Fel­dern der ent­spre­chen­den soma­to­sen­so­ri­schen Hirn­rin­de ein und knüp­fen anstel­le der zer­fal­le­nen Ver­bin­dun­gen mit den stum­men Ziel­neu­ro­nen neue syn­ap­ti­sche Kon­tak­te 2 3. Infol­ge die­ser neu­ro­na­len Reor­ga­ni­sa­ti­on wer­den umschrie­be­ne Haut­zo­nen der Kör­per­hälf­te, an der die Ampu­ta­ti­on erfolg­te, als “rezep­ti­ve Fel­der” aus­ge­wie­sen, deren tak­ti­le Rei­zung mit Hil­fe eines Pin­sels oder einer Zahn­bürs­te Phan­to­m­emp­fin­dun­gen für ein­zel­ne Tei­le der ampu­tier­ten obe­ren Extre­mi­tät her­vor­ru­fen kann. Die Gren­zen sol­cher rezep­ti­ver Haut­fel­der las­sen sich mit Hil­fe eines Schmink­stif­tes anzeich­nen. In digi­ta­len Foto­gra­fien kön­nen die­se rezep­ti­ven Fel­der für die Doku­men­ta­ti­on mit­tels Paint-Funk­ti­on eines PCs farb­lich her­vor­ge­ho­ben werden.

Rama­chand­ran und Hirstein 4 haben bereits im Jahr 1998 rezep­ti­ve Haut­fel­der meh­re­rer hand- und armam­pu­tier­ter Per­so­nen beschrie­ben, deren tak­ti­le Rei­zung mit Hil­fe von Wat­te­stäb­chen Phan­to­m­emp­fin­dun­gen bestimm­ter Tei­le einer ver­lo­re­nen Hand oder eines Armes aus­lös­te. Sol­che rezep­ti­ven Haut­fel­der fan­den sich an Ober­arm, Schul­ter und Gesicht ampu­tier­ter Probanden.

Auch bei Per­so­nen mit Ampu­ta­tio­nen einer oder bei­der unte­rer Extre­mi­tä­ten wur­den rezep­ti­ve Haut­fel­der zur tak­ti­len Anre­gung ent­spre­chen­der Phan­to­m­emp­fin­dun­gen nach­ge­wie­sen. Sie häu­fen sich in Abhän­gig­keit von der Ampu­ta­ti­ons­hö­he an Ober­schen­kel, Hüf­te, Ober­kör­per und Armen 5. Seri­en elek­tri­scher Span­nungs­im­pul­se, bipo­lar über je zwei klein­flä­chi­ge TENS-Elek­tro­den durch eines der rezep­ti­ven Haut­fel­der gelei­tet, kön­nen gleich­falls eine bestimm­te Phan­to­m­emp­fin­dung für einen Teil des ampu­tier­ten Fußes aus­lö­sen. Unter sol­chen rezep­ti­ven Fel­dern fin­det sich bei­spiels­wei­se eines für die Phan­to­m­emp­fin­dung der Fer­se, ein ande­res für die Phan­to­m­emp­fin­dung des Bal­lens oder der Zehen­rei­he. Je einer von zwei Strom­krei­sen kann aus­ge­hend von einem trag­ba­ren Impuls­ge­ne­ra­tor durch eines die­ser bei­den rezep­ti­ven Fel­der gelei­tet und mit Hil­fe eines last­ab­hän­gi­gen Druck­sen­sors betä­tigt wer­den. Ein Druck­sen­sor wird im Fer­sen­teil einer Schuh­soh­le, der ande­re in deren Bal­len­teil ein­ge­ar­bei­tet. Wenn der Anwen­der mit sei­nem Pro­the­sen­fuß auf die so prä­pa­rier­te Schuh­soh­le tritt, wer­den im Takt sei­ner Schrit­te alter­nie­rend Phan­to­m­emp­fin­dun­gen für Fer­se und Bal­len sei­nes ver­lo­re­nen Fußes aus­ge­löst. Obgleich der Anwen­der eine her­kömm­li­che Bein­pro­the­se trägt, kann ein schritt­ge­trig­ger­ter elek­tri­scher Phan­tom­sti­mu­la­tor – fixiert am Pro­the­sen­rohr – die Wahr­neh­mung ver­mit­teln, mit zwei intak­ten Bei­nen zu gehen 6 7. Die­se Erfah­run­gen legen nahe, die elek­tri­sche Phan­tom­sti­mu­la­ti­on auch für Pati­en­ten mit einer Ampu­ta­ti­on der obe­ren Extre­mi­tät zu nut­zen. Die vor­lie­gen­de Pilot­stu­die zeigt in die­sem Zusam­men­hang eine ers­te Mög­lich­keit, aber auch eine Rei­he zu über­win­den­der Schwie­rig­kei­ten auf.

Metho­de

In der vor­lie­gen­den Stu­die wird eine Mög­lich­keit getes­tet, wie eine tak­ti­le Rück­mel­dung einer Arm­pro­the­se mit Hil­fe einer elek­trisch ange­reg­ten Phan­to­m­emp­fin­dung für die Han­din­nen­flä­che dar­ge­stellt wer­den kann. Dazu wer­den zunächst geeig­ne­te Fel­der iden­ti­fi­ziert und getes­tet, ob deren Zuord­nung über eine län­ge­re Zeit iden­tisch bleibt oder sich noch ver­än­dert, da dies wich­tig für eine ent­spre­chen­de dau­er­haf­te Ver­sor­gung ist. Sodann wer­den als geeig­net ermit­tel­te Fel­der zeit­gleich mit dem Ein­satz der Pro­the­se mit­tels TENS-Elek­tro­den sti­mu­liert, um zu ermit­teln, ob sich dabei eine Kon­gru­enz zwi­schen der Wahr­neh­mung bzw. Loka­li­sie­rung der Pro­the­se und der Phan­tom­hand ergibt, was die Vor­aus­set­zung für eine mög­lichst rea­lis­ti­sche tak­ti­le Rück­mel­dung wäre.

Ana­mne­se

Die 35-jäh­ri­ge Pro­ban­din war 2013 mit ihrem Pkw gegen einen Baum geschleu­dert. Dabei wur­de ihr lin­ker Arm der­art ver­letzt, dass er kurz unter­halb des Schul­ter­ge­lenks ampu­tiert wer­den muss­te. In der ers­ten Zeit nach der Ampu­ta­ti­on emp­fand die Pati­en­tin star­ke Wund­schmer­zen an ihrem Ampu­ta­ti­ons­stumpf. Bald stell­te sich auch ein anhal­ten­der Phan­tom­schmerz ein. Phan­tom­hand und Phan­to­marm fühl­ten sich krampf­ar­tig ver­spannt an; die Phan­tom­fin­ger ver­harr­ten in schmerz­haf­ter Fle­xi­on. Die­se Phan­tom­schmer­zen ver­such­te die Pati­en­tin mit Hil­fe ora­ler Prä­pa­ra­te zu lindern.

Der­zei­ti­ge Versorgung

Die Nut­zung einer myo­elek­tri­schen Arm­pro­the­se fiel der Pati­en­tin schwer, denn der ver­blie­be­ne Arm­stumpf war zu kurz, um als wirk­sa­mer Hebel für die Pro­the­se die­nen zu kön­nen. Um deren Gewicht zu ver­min­dern, wur­den das tech­ni­sche Arm­ge­lenk und der Unter­arm­he­bel aus­ge­baut. Infol­ge­des­sen wur­de die Pro­the­sen­hand am Ende des Ober­arm­he­bels mon­tiert. Die gesam­te Arm­pro­the­se ist daher um eine Unter­arm­län­ge kür­zer als der intak­te rech­te Arm.

Mit Hil­fe selbst­kle­ben­der Ober­flä­chen­elek­tro­den konn­ten Akti­ons­strö­me von Mus­keln des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes abge­lei­tet wer­den, die nach ent­spre­chen­der Ver­stär­kung als inte­grier­te Hüll­kur­ven­si­gna­le die Bewe­gun­gen der Pro­the­sen­hand steu­er­ten. Die Pro­the­se ist der­art pro­gram­miert, dass sie das Öff­nen und Schlie­ßen der Hand ermög­licht. Die Pati­en­tin muss­te zu die­sem Zweck ler­nen, ent­spre­chen­de Mus­keln ihres Ampu­ta­ti­ons­stump­fes und der Schul­ter der­art anzu­span­nen, dass die Pro­the­sen­hand geöff­net oder geschlos­sen wur­de. Um bei die­sen Übun­gen kei­ne har­ten Gegen­stän­de wie Glä­ser, Tas­sen oder Becher zu beschä­di­gen, trai­nier­te sie die Greif­be­we­gun­gen an einem zu einem Ball geform­ten Stoff­sack (Abb. 1). Es war der Trä­ge­rin aller­dings nicht mög­lich, ihre Pro­the­se selbst­stän­dig anzu­le­gen, daher ver­wen­de­te sie die­se in ihrem All­tag nur selten.

Ergeb­nis­se

Zunächst muss­ten mit Hil­fe tak­ti­ler Rei­ze rezep­ti­ve Fel­der ermit­telt wer­den, die spä­ter für eine elek­tri­sche Phan­tom­sti­mu­la­ti­on ein­zel­ner Tei­le der ver­lo­re­nen Hand genutzt wer­den soll­ten. Dafür wur­den drei Ter­mi­ne vorgesehen.

Ein ers­ter Ter­min wur­de im Okto­ber 2018 ver­ein­bart. Die Ampu­ta­ti­on lag zu die­sem Zeit­punkt bereits fünf Jah­re zurück. Haut­par­tien des links­sei­ti­gen Ober­kör­pers, der Schul­ter und des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes wur­den abwech­selnd mit Hil­fe eines hand­brei­ten Maler­pin­sels und einer Zahn­bürs­te über­stri­chen. Die Gren­zen der so bestimm­ba­ren rezep­ti­ven Fel­der wur­den mit Hil­fe eines Schmink­stif­tes ange­zeich­net. Die Paint-Funk­ti­on eines PCs erlaub­te es dann, die­se Fel­der in digi­ta­len Foto­gra­fien farb­lich her­vor­zu­he­ben (Abb. 2). Fol­gen­de Fel­der konn­ten ermit­telt werden:

Ven­tral: Wie Abbil­dung 2 zeigt, fand sich ven­tral ober­halb der lin­ken Brust ein rezep­ti­ves Feld (gelb mar­kiert), des­sen tak­ti­le Rei­zung ein Phan­to­m­emp­fin­den der lin­ken Han­din­nen­flä­che mit Dau­men­bal­len und den Grund­ge­len­ken von Dau­men, Zei­ge- und Mit­tel­fin­ger her­vor­rief. Ein rezep­ti­ves Feld für den lin­ken Dau­men­bal­len (Abb. 2a, schwar­ze Kreis­flä­che) lag in Höhe des Schul­ter­ge­len­kes und ein rezep­ti­ves Feld für den Hand­rü­cken ein­schließ­lich des zwei­ten bis fünf­ten Hand­knö­chels dar­un­ter an der Vor­der­sei­te des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes (Abb. 2a, rote Kreisfläche).

Late­ral: Ein zwei­tes rezep­ti­ves Feld für die Han­din­nen­flä­che wur­de an der Sei­te des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes bestimmt (Abb. 2b, gro­ße gel­be Ellip­se). Die tak­ti­le Rei­zung eines sehr klei­nen Fel­des am seit­li­chen Ampu­ta­ti­ons­stumpf (Abb. 2b, blau­er Punkt) beschrieb die Pro­ban­din als “pul­sie­ren­des, ein­schie­ßen­des Gefühl”, das die gesam­te Phan­tom­hand durchziehe.

Dor­sal: Auch in Höhe des lin­ken Schul­ter­blat­tes lag ein rezep­ti­ves Feld, des­sen tak­ti­le Rei­zung ein Phan­to­m­emp­fin­den des Hand­rü­ckens sowie des zwei­ten bis fünf­ten Fin­ger­knö­chels aus­lös­te (Abb. 2c, dun­kel­ro­ter Kreis). Dor­sal am Rumpf fand sich ein wei­te­res rezep­ti­ves Feld (Abb. 2c, grü­ner Kreis), des­sen tak­ti­le Rei­zung eine Phan­to­m­emp­fin­dung für den Abschnitt zwi­schen Ellen­bo­gen und Ampu­ta­ti­ons­stumpf auslöste.

Eine zwei­te Unter­su­chung der Pro­ban­din rund zwei Mona­te spä­ter im Dezem­ber 2018 ergab, dass die Fel­der auf der ven­tra­len und auf der late­ra­len Sei­te im Ver­gleich zur ers­ten Unter­su­chung unver­än­dert geblie­ben waren. Auch das klei­ne late­ra­le Feld, des­sen tak­ti­le Rei­zung ein “pul­sie­ren­des, ein­schie­ßen­des Gefühl” einer Phan­tom­hand her­vor­rief, wur­de erneut am late­ra­len Stumpf auf­ge­fun­den. Nur das dor­sa­le rezep­ti­ve Feld für den Hand­rü­cken, das bei der ers­ten Unter­su­chung am unte­ren Ende des lin­ken Schul­ter­blat­tes gefun­den wur­de, hat­te sich ver­än­dert und war nun zu einem wei­te­ren rezep­ti­ven Feld für die Han­din­nen­flä­che gewor­den. Offen­sicht­lich war im Ablauf von zwei Mona­ten die neu­ro­bio­lo­gi­sche Reor­ga­ni­sa­ti­on im soma­to­sen­so­ri­schen Kor­tex der Pro­ban­din der­art fort­ge­schrit­ten, dass die am rezep­ti­ven Feld des lin­ken Schul­ter­blat­tes aus­ge­lös­ten tak­ti­len Rei­ze nun in neu­en inter­kor­ti­ka­len Ver­bin­dun­gen mit soma­to­sen­so­ri­schen Ziel­neu­ro­nen ende­ten, wel­che die Han­din­nen­flä­che repräsentierten.

enflä­che reprä­sen­tier­ten. Nach­dem die rezep­ti­ven Fel­der beim zwei­ten Ter­min anhand tak­ti­ler Rei­ze mit­tels Pin­sel und Zahn­bürs­te neu bestimmt wor­den waren, wur­den die­se Fel­der zusätz­lich mit Hil­fe eines Phan­tom­sti­mu­la­tors elek­trisch gereizt, um fest­zu­stel­len, ob auch die­se Rei­zung die ent­spre­chen­den Phan­to­m­emp­fin­dun­gen aus­zu­lö­sen ver­moch­te. Das Gerät lie­fer­te elek­tri­sche Impuls­se­ri­en, deren Fre­quenz auf 70 Hz ein­ge­stellt war. Die Impuls­dau­er betrug 260 Mikro­se­kun­den. Die Höhe der Impul­se konn­te mit Hil­fe eines Poten­tio­me­ters zwi­schen 7 und 10 Volt der­art regu­liert wer­den, dass die Impuls­se­rie eine Phan­to­m­emp­fin­dung aus­lös­te. Mit Hil­fe einer Funk­ti­ons­tas­te konn­te der Unter­su­cher (F. K.) das Gerät für eine belie­big lan­ge Zeit ein­schal­ten, um die Rück­mel­dung der Pro­the­sen­hand (die mit ent­spre­chen­den Sen­so­ren ja noch nicht aus­ge­stat­tet ist) zu imitieren.

Im Fol­gen­den wur­den die groß­flä­chi­gen ven­tra­len rezep­ti­ven Fel­der für die Innen- und Außen­flä­che der Hand für eine elek­tri­sche Rei­zung ausgewählt:

  • Zunächst wur­den zwei TENS-Elek­tro­den an den Rand des rezep­ti­ven Felds am ven­tra­len Rumpf geklebt, des­sen tak­ti­le Rei­zung eine Phan­to­m­emp­fin­dung für die lin­ke Han­din­nen­flä­che aus­ge­löst hat­te (Abb. 3a, gel­bes Feld). Auch unter elek­tri­scher Sti­mu­la­ti­on emp­fand die Pro­ban­din eine lin­ke Han­din­nen­flä­che mit Dau­men­bal­len und den Grund­ge­len­ken von Dau­men, Zei­ge- und Mit­tel­fin­ger. Die tak­til und elek­trisch aus­ge­lös­ten Phan­to­m­emp­fin­dun­gen deck­ten sich vollständig.
  • Bei der fol­gen­den elek­tri­schen Sti­mu­la­ti­on wur­de ein Paar von TENS-Elek­tro­den am Rand des rezep­ti­ven Fel­des für den Hand­rü­cken ange­legt, das bereits bei der ers­ten Unter­su­chung am ven­tra­len unte­ren Ende des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes bestimmt wor­den war (Abb. 3b, rotes Feld). Die tak­ti­le Rei­zung mit Hil­fe eines Pin­sels und einer Zahn­bürs­te hat­te eine Phan­to­m­emp­fin­dung des Hand­rü­ckens und auch des zwei­ten bis fünf­ten Hand­knö­chels aus­ge­löst. Dem­ge­gen­über erzeug­te die elek­tri­sche Sti­mu­la­ti­on die­ses Fel­des das Gefühl eines krampf­ar­ti­gen Zusam­men­zie­hens der Phantomhand.
  • Die Elek­tro­sti­mu­la­ti­on des gro­ßen rezep­ti­ven Fel­des für die Han­din­nen­flä­che, das seit­lich am Stumpf lag und mit einer gel­ben Ellip­se gekenn­zeich­net wor­den war (Abb. 3b), lös­te die glei­che Phan­to­m­emp­fin­dung für die Han­din­nen­flä­che aus wie die tak­ti­le Rei­zung. Die­ses elek­trisch sti­mu­lier­te Gefühl war für die Pro­ban­din sehr ange­nehm, da es die Phan­tom­hand aus der krampf­haf­ten Stel­lung befrei­te, in die die vor­aus­ge­gan­ge­ne Elek­tro­sti­mu­la­ti­on des Hand­rü­cken­fel­des sie gebracht hat­te. Die elek­tri­sche Sti­mu­la­ti­on der bei­den dor­sa­len rezep­ti­ven Fel­der wur­de erst am drit­ten Ter­min im Janu­ar 2019 vorgenommen.

An die­sem drit­ten Ter­min wur­de die elek­tri­sche Phan­tom­sti­mu­la­ti­on in Kom­bi­na­ti­on mit der myo­elek­tri­schen Arm­pro­the­se der Pro­ban­din ange­wen­det. Eine erneu­te Bestim­mung rezep­ti­ver Fel­der zeig­te, dass sich die­se zwar wie­der­um an den­sel­ben Stel­len befan­den, an denen sie bereits beim ers­ten und beim zwei­ten Ter­min ermit­telt wor­den waren. Das bei der ers­ten Unter­su­chung am lin­ken unte­ren Rücken ent­deck­te und als grü­ne Rund­flä­che gekenn­zeich­ne­te rezep­ti­ve Feld hat­te sich jedoch im Lauf der Mona­te gewan­delt: Beim ers­ten und zwei­ten Ter­min hat­te des­sen tak­ti­le Rei­zung noch eine Phan­to­m­emp­fin­dung für den Arm­ab­schnitt zwi­schen Ampu­ta­ti­ons­stumpf und Ellen­bo­gen aus­ge­löst. Im Janu­ar 2019 aber war auch die­se Haut­zo­ne zu einem rezep­ti­ven Feld für die Han­din­nen­flä­che geworden.

Beim Anle­gen der Arm­pro­the­se­wur­den alle rezep­ti­ven Fel­der im Bereich des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes abge­deckt. Zudem muss­ten am Ampu­ta­ti­ons­stumpf nun auch die Ober­flä­chen­elek­tro­den für die myo­elek­tri­sche Steue­rung ange­klebt wer­den. Daher lagen jetzt nur noch das ven­tra­le Feld für die Han­din­nen­flä­che und die bei­den dor­sa­len rezep­ti­ven Fel­der frei (Abb. 2c). Bei­de Haut­zo­nen – die über dem lin­ken Schul­ter­blatt (dun­kel­rot) und die an der lin­ken unte­ren Rücken­sei­te (grün) – waren inzwi­schen zu rezep­ti­ven Fel­dern für die Phan­tom­sti­mu­la­ti­on der Han­din­nen­flä­che geworden.

In einem ers­ten Ver­such wur­de ein Paar von TENS-Elek­tro­den am ven­tra­len rezep­ti­ven Feld für die Han­din­nen­flä­che ange­legt, das sich ven­tral unter­halb des lin­ken Schlüs­sel­bei­nes befand (Abb. 2a, gel­bes Feld). Solan­ge die Pro­ban­din kei­ne Greif­be­we­gung ihrer Pro­the­se aus­zu­lö­sen ver­such­te, rief die elek­tri­sche Rei­zung die­ses Haut­fel­des erwar­tungs­ge­mäß eine Phan­to­m­emp­fin­dung für die Han­din­nen­flä­che aus. Dann aber betä­tig­te der Unter­su­cher die Funk­ti­ons­tas­te des Phan­tom­sti­mu­la­tors, sooft die Pro­ban­din eine Greif­be­we­gung ihrer myo­elek­tri­schen Hand­pro­the­se aus­zu­lö­sen ver­such­te. Dabei ergab sich jedoch das Pro­blem, dass die Span­nungs­im­pul­se des Sti­mu­la­tors sich auf die nahe­ge­le­ge­nen Ableit­elek­tro­den der Myo­pro­the­se über­tru­gen, sodass deren Funk­ti­on gestört wurde:

Die Pro­ban­din ver­moch­te die Pro­the­sen­hand weder zu öff­nen noch zu schlie­ßen. Dage­gen erlaub­te die elek­tri­sche Rei­zung des rezep­ti­ven Fel­des am lin­ken Schul­ter­blatt und des tie­fer lie­gen­den dor­sa­len Fel­des das Öff­nen und Schlie­ßen der Pro­the­sen­hand, da die­se rezep­ti­ven Fel­der wei­ter von den Ableit­elek­tro­den für die myo­elek­tri­schen Poten­zia­le ent­fernt lagen (Abb. 4a u. b).

Die elek­tri­sche Sti­mu­la­ti­on des rezep­ti­ven Fel­des am lin­ken Schul­ter­blatt (Abb. 4a) der Pro­ban­din erfolg­te zunächst, ohne dass sie eine Greif­be­we­gung ihrer Pro­the­se aus­zu­lö­sen ver­such­te. Die dabei her­vor­ge­ru­fe­ne Phan­to­m­emp­fin­dung für die Han­din­nen­flä­che deck­te sich aber nicht mit der Pro­the­sen­hand: Für die Pro­ban­din fühl­te es sich an, als befin­de sich die Pro­the­sen­hand irgend­wo im kör­per­na­hen links­sei­ti­gen Raum, aber nicht an der Stel­le der Phan­tom­hand. Als die Pro­ban­din schließ­lich eine Greif­be­we­gung nach einem Stoff­bal­len aus­führ­te und gleich­zei­tig die Akti­vie­rungs­tas­te des Sti­mu­la­tors betä­tigt wur­de, blieb die Phan­tom­hand zwar wei­ter­hin bestehen. Die Pro­ban­din konn­te sie jedoch nicht als die Hand beschrei­ben, die das Objekt gegrif­fen hat­te. Bei die­ser und eini­gen wei­te­ren Greif­be­we­gun­gen blick­te die Pro­ban­din von der Pro­the­se weg und kon­zen­trier­te sich auf ihre Phan­tom­hand. Als sie dann aber wäh­rend der Elek­tro­sti­mu­la­ti­on auf die Pro­the­sen­hand sah, beschrieb sie ihre Emp­fin­dung als “ech­ter” und “über­ein­stim­men­der”.

Auch bei einer elek­tri­schen Sti­mu­la­ti­on ihres rezep­ti­ven Fel­des an der lin­ken unte­ren Rücken­sei­te (Abb. 4b) emp­fand sie deut­lich die Innen­flä­che einer Phan­tom­hand. Wenn zeit­gleich mit einer Greif­be­we­gung der Pro­the­se die Akti­vie­rungs­tas­te des Sti­mu­la­tors gedrückt wur­de, lös­te dies wie­der­um die Phan­to­m­emp­fin­dung einer Han­din­nen­flä­che aus. Wenn die Pro­ban­din dabei auf ihre Pro­the­sen­hand blick­te, lag der Ort der Phan­to­m­emp­fin­dung zwar sehr nahe an der Pro­the­sen­hand, die Hand wur­de aber als etwas neben der Pro­the­sen­hand befind­lich wahr­ge­nom­men. Es bestand also auch hier kei­ne voll­stän­di­ge Kon­gru­enz von Phan­tom- und Pro­the­sen­hand. Den­noch scheint der blo­ße Anblick der Pro­the­se zu bewir­ken, dass die soma­to­sen­so­ri­sche Wahr­neh­mung der Phan­tom­hand mit der opti­schen Wahr­neh­mung der Pro­the­sen­hand annä­hernd zur Deckung gebracht wird.

Dis­kus­si­on

Eine myo­elek­tri­sche Arm­pro­the­se kann zwar in Gren­zen die moto­ri­schen Funk­tio­nen einer ver­lo­re­nen Hand oder eines Armes wie­der­her­stel­len. Sie ver­mit­telt aber kei­ne tak­ti­le Rück­mel­dung eines Berüh­rungs- oder Griff­kon­tak­tes. In einer frü­he­ren Stu­die aus dem Hau­se Otto­bock wur­de ver­sucht. die­ses gra­vie­ren­de Pro­blem mit­tels Vibra­ti­ons­rei­zen zu lösen, die von Sen­so­ren der Pro­the­sen­hand zeit­gleich mit dem Erfas­sen eines Gegen­stan­des an Stel­len ober­halb des Ampu­ta­ti­ons­stump­fes aus­ge­löst wer­den 8.

In der vor­lie­gen­den Stu­die wur­de eine tak­ti­le Rück­mel­dung mit Hil­fe einer elek­trisch ange­reg­ten Phan­to­m­emp­fin­dung für die Han­din­nen­flä­che dar­ge­stellt. Die so erzeug­te Phan­tom­hand aber wur­de vom Gehirn der Pro­ban­din an irgend­ei­ner Stel­le ihres kör­per­na­hen links­sei­ti­gen Rau­mes ver­or­tet und nicht an ihrer Pro­the­sen­hand. Erst als sie ihre myo­elek­trisch gesteu­er­ten Greif­be­we­gun­gen der Pro­the­sen­hand mit ihren Augen ver­folg­te, emp­fand sie, dass sich die Phan­tom­hand annä­hernd mit der Pro­the­sen­hand deckte.

Die­se Beob­ach­tung ver­weist auf einen erst­mals im Jahr 1998 von Bot­vi­nick und Cohen beschrie­be­nen Effekt, der ein Licht auf die inte­gra­ti­ve Ver­ar­bei­tung tak­ti­ler und visu­el­ler Rei­ze des mensch­li­chen Gehirns wer­fen kann 9. In die­ser Stu­die war die Test­an­ord­nung wie folgt kon­zi­piert: Ein Pro­band mit intak­ten Hän­den legt die­se auf eine Tisch­plat­te. Bei­de Hän­de wer­den sei­nem Anblick durch eine hori­zon­ta­le Deck­plat­te ent­zo­gen. Auf die Deck­plat­te wer­den den Posi­tio­nen der Hän­de ent­spre­chend zwei Han­d­at­trap­pen aus Gum­mi oder Kunst­stoff gelegt. Wenn nun ein Expe­ri­men­ta­tor eine Hand des Pro­ban­den und die dar­über lie­gen­de Kunst­hand mit­tels zwei­er Pin­sel in gleich­ge­rich­te­ten, syn­chro­nen Bewe­gun­gen über­streicht, kann es sein, dass der Pro­band die strei­chen­den Bewe­gun­gen nicht an sei­ner wirk­li­chen Hand wahr­nimmt, son­dern an der dar­über lie­gen­den künst­li­chen Hand, als sei die­se ein Teil sei­nes Kör­pers gewor­den. Die bei­den betei­lig­ten Sin­nes­sys­te­me (optisch, tak­til) loka­li­sie­ren die Pin­sel­stri­che zwar an unter­schied­li­chen Orten – das soma­to­sen­so­ri­sche an der tat­säch­li­chen Hand, das visu­el­le an der Kunst­hand. Auf einer höhe­ren Ver­ar­bei­tungs­ebe­ne des Gehirns aber setzt sich bei eini­gen Men­schen sogleich, bei ande­ren erst nach eini­gen Wie­der­ho­lun­gen des Expe­ri­ments das visu­el­le Sys­tem gegen­über dem soma­to­sen­so­ri­schen durch. Das Gehirn ver­legt daher die tak­ti­le Emp­fin­dung auf die Kunst­hand, an der es die Streich­be­we­gun­gen gese­hen hat.

Per­so­nen, die wie die Pro­ban­din eine myo­elek­tri­sche Arm­pro­the­se nut­zen, kön­nen mög­li­cher­wei­se dank des von Bot­vi­nick und Cohen beschrie­be­nen “Gum­mi­hand­ef­fek­tes” die Sen­sa­ti­on einer elek­trisch sti­mu­lier­ten Phan­tom­hand mit ihrer Pro­the­sen­hand zur Deckung brin­gen. Wahr­schein­lich bedarf es dazu aber eines län­ge­ren Trai­nings. Der hier vor­ge­stell­ten Pati­en­tin gelang es nicht, die­se Kon­gru­enz unter visu­el­ler Kon­trol­le voll­stän­dig zu ver­wirk­li­chen. Ein Grund dafür mag dar­in lie­gen, dass ihre Pro­the­se zur Gewichts­re­duk­ti­on ver­kürzt wer­den muss­te. Bei wei­te­ren Stu­di­en soll­te die­se Varia­ble aus­ge­schlos­sen werden.

Aus­blick

Gesteu­ert von Kon­takt­sen­so­ren, die in eine Hand­pro­the­se ein­ge­las­sen wer­den, könn­ten Phan­to­m­emp­fin­dun­gen für ein­zel­ne Fin­ger oder die gan­ze Hand elek­trisch von rezep­ti­ven Fel­dern aus­ge­löst wer­den, die am ipsi­la­te­ra­len Ober­arm oder der Schul­ter ermit­telt wer­den. Wür­de ein Pati­ent mit einer tech­nisch fort­ent­wi­ckel­ten Hand­pro­the­se nach einem Gegen­stand grei­fen und sich die künst­li­chen Fin­ger um die­sen schlie­ßen, könn­te dies bei ihm die Emp­fin­dung aus­lö­sen, den Gegen­stand mit einer intak­ten Hand zu berüh­ren und zu halten.

Dank­sa­gung

Die Autoren dan­ken der Pro­ban­din für ihre Bereit­schaft, an der Stu­die teilzunehmen.

Für die Autoren:
Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. habil.
Alfred Mei­er-Koll
For­schungs­stel­le für experimentelle
Ergo- und Physiotherapie
Diplo­ma Hochschule
All­manns­wei­ler­str. 104
88046 Fried­richs­ha­fen
forschung.fn @ diploma.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Krui­jen F, Mei­er-Koll A. Pilot­stu­die: Elek­tri­sche Phan­tom­sti­mu­la­ti­on bei einer Pati­en­tin mit links­sei­ti­ger Armam­pu­ta­ti­on. Ortho­pä­die Tech­nik, 2020; 71 (7): 59–63

 

 

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