Sen­so­ri­sches Feed­back in der Handprothetik

M. A. Schweisfurth, M. Markovic, T. Bentz, D. Wüstefeld, D. Farina, S. Dosen
Nach dem traumatischen Verlust einer Hand wird in der Regel eine einfache Motorik durch eine Handprothese wiederhergestellt. Damit kann der Prothesennutzer zwar funktionelle Aufgaben erledigen (z. B. ein Objekt greifen), hat jedoch kein taktiles oder propriozeptives Gefühl für die Prothese. In diesem Artikel wird beschrieben, inwiefern dieses fehlende Feedback sich auf den Prothesennutzer auswirkt. Die Forschungsansätze, die einen Teil des Feedbacks über sensorische Substitution nichtinvasiv ersetzen, werden vorgestellt und die Studien zum potenziellen funktionellen Nutzen sensorischen Prothesenfeedbacks beleuchtet. Schließlich wird eine Pilotstudie vorgestellt, die ein neues, vielversprechendes Feedbacksystem testet und zeigt, dass Feedback nur bei hinreichend komplexen Aufgaben einen funktionellen Nutzen bringt.

Ein­lei­tung

Unse­re Hän­de sind die bes­ten und feins­ten Werk­zeu­ge, die uns Men­schen gege­ben sind. Mit ihnen kön­nen wir Gegen­stän­de nicht nur grei­fen und mani­pu­lie­ren, son­dern auch ertas­ten und erfüh­len und damit deut­lich bes­ser „begrei­fen“. Wenn ein Mensch eine Hand ver­liert, ist das ein gro­ßer Ver­lust, der zu weit­rei­chen­den Ein­schrän­kun­gen für den Betrof­fe­nen füh­ren kann.

Anzei­ge

Nach einer Ampu­ta­ti­on ver­sucht man in der Regel, die ver­lo­re­ne Hand durch eine Pro­the­se zu erset­zen. Meis­tens wer­den dazu Myo­pro­the­sen ver­wen­det, die elek­trisch betrie­ben und über elek­tro­myo­gra­phi­sche (EMG) Signa­le des Nut­zers gesteu­ert wer­den 1. Jede sol­che Hand­pro­the­se kann ganz geöff­net und geschlos­sen wer­den, sodass Objek­te gegrif­fen wer­den kön­nen. Man­che Pro­the­sen ver­fü­gen über wei­te­re ansteu­er­ba­re Frei­heits­gra­de wie etwa wei­te­re Griff­ty­pen, indi­vi­du­ell steu­er­ba­re Fin­ger oder eine Hand­ge­lenks­ro­ta­ti­on. Wäh­rend inten­siv an der gleich­zei­ti­gen und intui­ti­ven EMG-Steue­rung meh­re­rer Frei­heits­gra­de über Mus­ter­er­ken­nungs­al­go­rith­men und Regres­si­on geforscht wird 23, ver­wen­den fast alle momen­tan auf dem Markt vor­han­de­nen Hand­pro­the­sen fol­gen­de ein­fa­che Zwei­ka­nal­steue­rung: Je eine Elek­tro­de wird auf den Hand­ge­lenks­beu­gern und ‑stre­ckern fixiert. Wäh­rend die Akti­vie­rung der einen Elek­tro­de etwa zum Schlie­ßen der Pro­the­se führt, kann die Pro­the­se über die Akti­vie­rung der ande­ren wie­der geöff­net wer­den. Die Steue­rung ist dabei pro­por­tio­nal, d. h., ein schwaches/starkes Flexor­si­gnal wird z. B. in eine langsame/schnelle Schließ­be­we­gung über­führt, die in einer kleinen/ gro­ßen Griff­kraft resul­tiert. Der Frei­heits­grad kann bei­spiels­wei­se über eine soge­nann­te Ko-Kon­trak­ti­on gewech­selt wer­den, bei der bei­de Mus­kel­grup­pen gleich­zei­tig kurz und stark akti­viert wer­den. Im neu­en Frei­heits­grad kön­nen dann wie­der bei­de Rich­tun­gen über die zwei Elek­tro­den gesteu­ert wer­den. Obwohl die Pro­the­sen­steue­rung auf die­se Wei­se zuver­läs­sig funk­tio­niert, ver­wen­den die meis­ten Pro­the­sen­trä­ger ihre Pro­the­se nur zur Unter­stüt­zung der gesun­den Hand.

Neben den weni­gen Frei­heits­gra­den und der nicht ganz intui­ti­ven Steue­rung spielt dafür das nicht vor­han­de­ne soma­to­sen­so­ri­sche Feed­back eine Rol­le: Die Pro­the­se ver­mit­telt dem Nut­zer kein Gefühl. Wenn wir mit unse­rer gesun­den Hand grei­fen, dann spü­ren wir, wann wir das Objekt berüh­ren und wie es sich anfühlt. Bei zer­brech­li­chen Objek­ten spü­ren wir in der Regel auch, wie viel Kraft wir auf­wen­den soll­ten, um das Objekt sicher zu hal­ten und den­noch nicht zu zer­bre­chen. Neben die­sem Berüh­rungs­feed­back bekom­men wir auch pro­prio­zep­ti­ve Infor­ma­tio­nen von unse­rer Hand: Wir kön­nen spü­ren, in wel­cher Posi­ti­on sich unse­re Hand und jeder Fin­ger befin­det, also etwa, ob sie offen oder geschlos­sen ist. Bei­de Feed­back­ar­ten sind sehr wich­tig, denn Stu­di­en haben gezeigt, dass eine Betäu­bung der sen­so­ri­schen Hand­ner­ven zu einer unge­naue­ren Kraft­kon­trol­le führt 4. Außer­dem führt die Abwe­sen­heit soma­to­sen­so­ri­schen Feed­backs zu sen­so­mo­to­ri­scher Inkon­gru­enz und damit poten­zi­ell zu Phan­tom­schmerz, weil ein aus­ge­führ­ter Bewe­gungs­be­fehl nicht zu dem erwar­te­ten Feed­back führt 5. In einer ähn­lich „betäub­ten“ Situa­ti­on befin­det sich ein Pro­the­sen­trä­ger beim Grei­fen: Er kon­tra­hiert sei­ne Stumpf­mus­keln, damit sich die Pro­the­se bewegt. Um die Pro­the­sen­ge­schwin­dig­keit zu kon­trol­lie­ren, kann er sich grob auf die Pro­prio­zep­ti­on sei­ner Mus­keln ver­las­sen; das EMG-Signal kann aller­dings gera­de bei star­ker Kon­trak­ti­on sehr schwan­ken und ist des­halb nicht sehr genau kon­trol­lier­bar 6. Danach kann der Pro­the­sen­trä­ger nur über sei­ne ande­ren Sin­ne ver­fol­gen, ob die Pro­the­se das inten­dier­te Objekt greift. Die­ses soge­nann­te impli­zi­te Feed­back kann hilf­reich sein, wenn visu­ell grob abge­schätzt wer­den soll, in wel­chem Öff­nungs- und Rota­ti­ons­win­kel sich die Pro­the­se befin­det und wie schnell sie sich schließt. Letz­te­res kann bei eini­gen Pro­the­sen auch akus­tisch über das Motor­ge­räusch abge­schätzt werden.

Seit eini­gen Jah­ren wird ver­sucht, das ver­lo­ren­ge­gan­ge­ne soma­to­sen­so­ri­sche Feed­back der Hand über nicht­in­va­si­ves künst­li­ches tak­ti­les Feed­back wie­der­her­zu­stel­len 78. Dabei wer­den Sen­so­ren in die Pro­the­se ein­ge­baut, die mes­sen, wie stark sie zugreift, in wel­chem Frei­heits­grad sie sich befin­det, wie weit sie geöff­net ist etc. Theo­re­tisch kann man die gemes­se­nen Pro­the­sen­pa­ra­me­ter über den­sel­ben Sin­nes­ka­nal etwas wei­ter pro­xi­mal zurück­ge­ben, d. h., etwa einen Druck wie­der durch tak­ti­len, mecha­ni­schen Druck dar­stel­len. Sol­che Ansät­ze wur­den in eini­gen Stu­di­en sowohl für Berüh­rungs- und Griff­kraft­feed­back 910 als auch für die Rück­ga­be der Arm­po­si­ti­on unter­sucht 11. Wei­ter ver­brei­tet ist die soge­nann­te sen­so­ri­sche Sub­sti­tu­ti­on 12, bei der ein „Sin­nes­reiz” der Pro­the­se von einer bestimm­ten „Sin­nes­mo­da­li­tät“ in eine ande­re umge­wan­delt wird. Die meist­ge­nutz­ten Ersatz­mo­da­li­tä­ten sind die elek­trot­ak­ti­le 13 und die vibrot­ak­ti­le Sti­mu­la­ti­on 14 des Stump­fes. Bei­de haben Vor- und Nach­tei­le. Wäh­rend die Elek­tro­sti­mu­la­ti­on durch ihre Laut­lo­sig­keit, ihre klei­ne Grö­ße und einen gerin­gen Ener­gie­ver­brauch besticht, muss sie für jeden Pro­ban­den fein jus­tiert wer­den und kann von man­chen Pro­ban­den oder bei schlech­ter Posi­tio­nie­rung als unan­ge­nehm emp­fun­den wer­den. Die vibrot­ak­ti­le Sti­mu­la­ti­on hin­ge­gen, die den meis­ten auch von Han­dys bekannt ist, kann bei fast allen Pro­ban­den pro­blem­los ange­wandt wer­den, ist aber rela­tiv laut und nicht so leicht in den Pro­the­sen­schaft ein­zu­bet­ten. Bei­de Sti­mu­la­ti­ons­ty­pen kön­nen auf meh­re­re Arten kodiert wer­den. Dies kann am Bei­spiel des Kraft­feed­backs fol­gen­der­ma­ßen ver­deut­licht wer­den: Wird eine Kraft zwi­schen null und hun­dert Pro­zent gemes­sen, so kann sie pro­por­tio­nal über Ampli­tu­den­ko­die­rung an einen ein­zi­gen Taktor zurück­ge­ge­ben wer­den. Eine Griff­kraft von 30 % wür­de dann bei kon­stan­ter Fre­quenz mit einer Sti­mu­la­ti­ons­am­pli­tu­de von 30 % kodiert. Statt­des­sen wird in der Fre­quenz­ko­die­rung die Sti­mu­la­ti­ons­am­pli­tu­de kon­stant gehal­ten und die Sti­mu­la­ti­ons­fre­quenz pro­por­tio­nal zur zurück­ge­ge­be­nen Pro­the­sen­va­ria­blen gewählt. Sowohl die Ampli­tu­den- als auch die Fre­quenz­ko­die­rung haben den Vor­teil, dass ein stär­ke­res Pro­the­sen­si­gnal durch eine stär­ke­re Emp­fin­dung zurück­ge­ge­ben wird, was intui­tiv zu ver­ste­hen ist. Der Nach­teil besteht dar­in, dass die mensch­li­che Haut am Unter- oder Ober­arm rela­tiv schlecht zwi­schen ver­schie­de­nen vibro- oder elek­trot­ak­ti­len Signal­stär­ken unter­schei­den kann, sodass in der Regel nur weni­ge Niveaus pro Taktor für den Anwen­der klar erkenn­bar sind 15. Eine kla­re­re Dif­fe­ren­zie­rung kann durch ört­li­che Kodie­rung erreicht wer­den, bei der je nach Stär­ke des Pro­the­sen­si­gnals ande­re Takto­ren ange­schal­tet wer­den 16. Die ört­li­che Kodie­rung kann mit Fre­quenz- oder Ampli­tu­den­ko­die­rung zu gemisch­ter Kodie­rung kom­bi­niert wer­den 1718. Seit weni­gen Jah­ren ist die ers­te kom­mer­zi­el­le Pro­the­se mit tak­ti­lem Berüh­rungs­feed­back namens „Vin­cent Evo­lu­ti­on 2“ (Vin­cent Sys­tems GmbH, Karls­ru­he 19 auf dem Markt).

In den ver­gan­ge­nen Jah­ren haben eini­ge Stu­di­en den Effekt künst­li­chen soma­to­sen­so­ri­schen Feed­backs auf die Pro­the­sen­steue­rung unter­sucht. In meh­re­ren Stu­di­en wur­de in ein­fa­chen Labor­tests gezeigt, dass das künst­li­che Feed­back hilft, wenn man die Pro­the­se nicht sehen kann 2021. Damit wird jedoch die Rol­le des oben beschrie­be­nen impli­zi­ten Feed­backs igno­riert. Es wird also nicht berück­sich­tigt, dass man sei­ne eige­ne Mus­kel­kraft ein­schät­zen und die Pro­the­se sehen und hören kann. Nur sehr weni­ge Stu­di­en haben die Leis­tungs­stei­ge­rung mit und ohne künst­li­ches Feed­back unter rea­li­täts­na­hen Bedin­gun­gen unter­sucht. Eine die­ser Stu­di­en konn­te eine erhöh­te Griff­ge­nau­ig­keit durch Griff­kraft­feed­back in zwei von sechs Bedin­gun­gen zei­gen 22, wäh­rend eine ande­re eine ver­bes­ser­te Leis­tung in einem sehr fei­nen Griff­kraft­test (dem Vir­tu­al-Egg-Test) nach­wei­sen konn­te, wenn ein bestimm­tes Griff­pha­sen­feed­back gege­ben wur­de 23.

In der im Fol­gen­den beschrie­be­nen Pilot­stu­die wird ein neu­es Feed­back­sys­tem vor­ge­stellt, das nicht nur die Griff­kraft, son­dern auch die akti­vier­te Funk­ti­on zurück­gibt. Das Feed­back­sys­tem wur­de an einem trans­hu­me­ral ampu­tier­ten Pro­ban­den getes­tet. Sei­ne Leis­tun­gen mit und ohne künst­li­ches Feed­back wur­den mit zwei rea­li­täts­na­hen Tests eru­iert, von denen einer sehr leicht (ein Frei­heits­grad, kei­ne Kraft­kon­trol­le benö­tigt) und einer recht kom­plex (zwei Frei­heits­gra­de, gute Kraft­kon­trol­le benö­tigt) war. Basie­rend auf vor­an­ge­gan­ge­nen Stu­di­en wird fol­gen­de Hypo­the­se getes­tet: Wäh­rend der leich­te Test so ein­fach ist, dass die eige­ne Pro­prio­zep­ti­on und das impli­zi­te Feed­back aus­rei­chen, kann der Pro­band in dem kom­ple­xen Test stark vom künst­li­chen Feed­back profitieren.

Metho­den der Pilotstudie

Vor­stel­lung des Feedbacksystems

Pro­the­se und Steuerung

Zu Beginn der Stu­die wur­de der Pro­band im Com­pe­tence Cen­ter Head­quar­ters der Otto Bock Health­ca­re GmbH (Duder­stadt) mit einer Arm­pro­the­se mit myo­elek­trisch fixier­ba­rem Ell­bo­gen­ge­lenk und einer myo­elek­trisch gesteu­er­ten Hand (Michel­an­ge­lo-Hand, Otto Bock Health­ca­re GmbH, Duder­stadt) ver­sorgt, die fol­gen­der­ma­ßen gesteu­ert wur­de: Über zwei ein­ge­bau­te Ober­flä­chen-EMG-Sen­so­ren (Otto Bock Health­ca­re Pro­ducts GmbH) wur­de das vor­ver­ar­bei­te­te myo­elek­ti­sche Hüll­kur­ven­si­gnal vom Bizeps- und Tri­zeps­mus­kel abge­nom­men. Über eine Ko-Kon­trak­ti­on bei­der Mus­keln konn­te der Ell­bo­gen ge- und ent­sperrt wer­den. Die Michel­an­ge­lo-Hand war mit drei Funk­tio­nen aus­ge­stat­tet: mit akti­ver Rota­ti­on sowie mit dem Oppo­si­ti­ons­mo­dus und dem Late­ral­mo­dus. Der Pro­band konn­te über einen kur­zen, schnel­len Bizep­s­im­puls zwi­schen Rota­ti­on und Grei­fen wech­seln, wäh­rend ein ent­spre­chen­der Tri­zep­s­im­puls einen Wech­sel zwi­schen den Griff­ty­pen initi­ier­te. Inner­halb einer Funk­ti­on führ­te eine etwas lang­sa­me­re Bizeps-Kon­trak­ti­on zu pro­por­tio­nal gesteu­er­tem Schlie­ßen bzw. Innen­ro­tie­ren der Pro­the­sen­hand. Genau­so wur­de über eine ent­spre­chen­de Tri­zeps-Kon­trak­ti­on das Öffnen/Außenrotieren der Pro­the­sen­hand erreicht.

Feed­back­sys­tem

Das getes­te­te Feed­back­sys­tem bestand aus acht Vibrot­akto­ren (C3-Takto­ren; Engi­nee­ring Acoustics, Inc., Cas­sel­ba­ry, USA). Die­se waren in einem Arm­band fixiert, sodass sie gleich­mä­ßig um den lin­ken Unter­arm des Pro­ban­den ver­teilt waren. Die Vibra­ti­ons­fre­quenz wur­de auf 130 Hz fest­ge­legt. Da je zwei benach­bar­te Takto­ren stets gemein­sam akti­viert wur­den, um eine stär­ke­re Emp­fin­dung zu erzeu­gen, wird im Fol­gen­den nur über vier Sti­mu­la­ti­ons­punk­te gespro­chen. Über die fol­gen­den Pul­se wur­den Funk­ti­ons­wech­sel sowie Berüh­rung und Griff­kraft zurück­ge­ge­ben (Abb. 1). Bei einem Wech­sel in die Rota­ti­on wur­den alle vier Sti­mu­la­ti­ons­punk­te mit vol­ler Inten­si­tät zwei­mal kurz akti­viert (je 100 ms, 100 ms Pau­se dazwi­schen). Ein Wech­sel in den Oppo­si­ti­ons- bzw. Late­ral­mo­dus wur­de über vol­le Akti­vie­rung des inne­ren bzw. obe­ren Sti­mu­la­ti­ons­punk­tes auf glei­che Wei­se ange­zeigt. Durch die­ses Funk­ti­ons­feed­back war der Pro­band über jeg­li­chen gewoll­ten oder unge­woll­ten Funk­ti­ons­wech­sel zuver­läs­sig infor­miert. Eine ers­te Berüh­rung der Pro­the­se, die über den zwi­schen Dau­men und Zei­ge­fin­ger ein­ge­bau­ten Kraft­sen­sor der Michel­an­ge­lo-Hand detek­tiert wur­de, wur­de über eine etwas län­ge­re (250 ms) und schwä­che­re (hal­be Inten­si­tät) Akti­vie­rung aller Sti­mu­la­ti­ons­punk­te zurück­ge­ge­ben. Neben die­sen dis­kre­ten Ereig­nis­sen wur­de auch die Griff­kraft ver­mit­telt, sobald sie 10 % über­stie­gen hat­te. Sie wur­de über vier ört­lich kodier­te Level und über anstei­gen­de Inten­si­tät kon­ti­nu­ier­lich zurück­ge­ge­ben, bis das Mus­kel­si­gnal wie­der auf null gefal­len war. Somit wur­de, wie in Abbil­dung 1 dar­ge­stellt, eine kleine/sehr gro­ße Kraft etwa durch den oberen/äußeren Sti­mu­la­ti­ons­punkt bei mittlerer/höchster Inten­si­tät zurück­ge­ge­ben. Dadurch konn­te der Pro­band fünf Kraft­le­vel (nur Berüh­rung plus die vier eigent­li­chen Level) sicher von­ein­an­der unterscheiden.

Expe­ri­men­tel­le Eva­lu­ie­rung des Feedbacksystems

Pro­band

Das ent­wi­ckel­te Feed­back­sys­tem wur­de an einem 25-jäh­ri­gen Anwen­der getes­tet, der auf der ursprüng­lich domi­nan­ten rech­ten Sei­te trans­hu­me­ral ampu­tiert war (Abb. 2a). Der Pro­band wur­de schrift­lich und münd­lich über die von der ört­li­chen Ethik­kom­mis­si­on geneh­mig­te Stu­die auf­ge­klärt und hat der Teil­nah­me zugestimmt.

Expe­ri­men­tel­les Design

Die hier beschrie­be­nen Expe­ri­men­te fan­den par­al­lel zum klas­si­schen Pro­the­sen­trai­ning im Com­pe­tence Cen­ter Head­quar­ters der Otto Bock Health­ca­re GmbH statt. In ins­ge­samt sie­ben expe­ri­men­tel­len Sit­zun­gen tes­te­ten die Ver­fas­ser den Erfolg in den bei­den im Fol­gen­den beschrie­be­nen Tests. Dabei inter­es­sier­te ins­be­son­de­re, ob der Pro­band ein bes­se­res Ergeb­nis erzeug­te, wenn er über das oben beschrie­be­ne Feed­back vibrot­ak­til mit Infor­ma­tio­nen ver­sorgt wurde.

Im soge­nann­ten Box-and-Block-Test (BBT) 24 soll der Anwen­der inner­halb einer Minu­te mög­lichst vie­le Holz­blö­cke ein­zeln aus dem lin­ken Bereich einer Box über eine Abtren­nung auf die rech­te Sei­te der Box beför­dern (Abb. 2b). Die­ser Test eig­net sich also dazu, die gro­be Steue­rung inner­halb des Oppo­si­ti­ons­mo­dus zu tes­ten; wei­te­re Pro­the­sen­zu­stän­de oder bestimm­te Kraft­be­rei­che wer­den nicht benö­tigt. Des­halb erhielt der Pro­band nur das Berüh­rungs­feed­back, aber kei­ne Zusatz­in­for­ma­ti­on über (unin­ten­dier­te) Funk­ti­ons­wech­sel oder die erzeug­te Griffkraft.

Im soge­nann­ten kraft­sen­si­ti­ven Clo­­the­spin-Relo­ca­ti­on-Test (CPRT, abge­än­dert von 25, Abb. 2c) soll­te der Pro­band erst im Oppo­si­ti­ons­mo­dus eine auf einer waa­ge­rech­ten Stan­ge fest­ge­klemm­te Wäsche­klam­mer grei­fen, dann die Hand um etwa 90° außen­ro­tie­ren und schließ­lich die Klam­mer auf einer senk­rech­ten Stan­ge durch Öff­nung der Pro­the­sen­hand anste­cken. Nach fol­gen­der Innen­ro­ta­ti­on von etwa 90° konn­te der Vor­gang mit der nächs­ten Wäsche­klam­mer wie­der­holt wer­den. Ins­ge­samt wur­de die benö­tig­te Zeit gemes­sen, um vier Wäsche­klam­mern mit auf­stei­gen­dem Wider­stand (von leicht bis schwer) umzu­set­zen. Damit der Pro­band nicht bei jeder Klam­mer mit maxi­ma­ler Kraft zugrei­fen konn­te, waren die Wäsche­klam­mern mit Licht­sen­so­ren aus­ge­stat­tet, die bei zu wei­ter Öff­nung der Wäsche­klam­mer akti­viert wur­den. Dadurch simu­lier­ten die vier Wäsche­klam­mern vier zer­brech­li­che Objek­te, die je mit einer hin­rei­chend gro­ßen und aus­rei­chend klei­nen Kraft gegrif­fen wer­den muss­ten. Wur­de eine Wäsche­klam­mer fal­len­ge­las­sen oder „zer­bro­chen“, so wur­de die Zeit ange­hal­ten und die Klam­mer zurück­ge­steckt. Der Pro­band konn­te dann mit der­sel­ben Klam­mer fort­fah­ren. In die­sem kom­ple­xen CPRT erhielt der Pro­band das gesam­te Feed­back, was mit dem oben beschrie­be­nen Feed­back­sys­tem mög­lich ist. Dadurch konn­te er spü­ren, ob er in die rich­ti­ge Pro­the­sen­funk­ti­on wech­sel­te und ob er sich etwa im rich­ti­gen Kraft­be­reich befand.

Über die Sit­zun­gen wur­den ins­ge­samt 15 BBTs und 8 CPRTs sowohl mit als auch ohne Feed­back durch­ge­führt. Die Rei­hen­fol­ge zwi­schen den bei­den Feed­back­be­din­gun­gen war in jeder Sit­zung randomisiert.

Als Leis­tungs­mes­sung wur­den im BBT die trans­fe­rier­te Anzahl an Blö­cken, im CPRT die benö­tig­te Zeit und die Anzahl der gemach­ten Feh­ler ana­ly­siert. Außer­dem wur­de der Medi­an der erzeug­ten Griff­kräf­te (über 5 % Griff­kraft für min­des­tens 500 ms in BBT und 1000 ms in CPRT; je ein Mit­tel­wert der Maxi­ma pro Test­durch­lauf) zwi­schen den bei­den Feed­back­be­din­gun­gen verglichen.

Ergeb­nis­se der Pilotstudie

In Abbil­dung 3 sind die Ergeb­nis­se des Pro­ban­den im Box-and-Block-Test (Abb. 3a) und im Clothe­spin-Relo­ca­ti­on-Test (Abb. 3b) dar­ge­stellt. Im BBT konn­te er ohne Feed­back 14 ± 4 (Medi­an ± Stan­dard­ab­wei­chung) Blö­cke trans­fe­rie­ren; mit Feed­back waren es 16 ± 6 Blö­cke. In den bei­den Bedin­gun­gen griff er im Medi­an mit 70 % (ohne Feed­back) und 76 % (mit Feed­back) Kraft, obwohl ein siche­res Grei­fen schon bei 5 % gege­ben ist. Wie aus die­sem Abschnitt und in der Abbil­dung zu sehen, war der Pro­band nicht durch­weg bes­ser mit Feed­back, son­dern konn­te nicht davon profitieren.

Im CPRT hin­ge­gen benö­tig­te er 120 ± 16 s, wenn er kein Feed­back erhielt. Die­se Zeit konn­te er fast hal­bie­ren (62 ± 7 s), wenn er das oben beschrie­be­ne Feed­back­sys­tem nutz­te. Außer­dem mach­te er dann deut­lich weni­ger Feh­ler (9 ± 7 in der Bedin­gung ohne Feed­back ver­sus 0 ± 1 in der Feed­back­be­din­gung). Die Griff­kräf­te waren im Medi­an 8 % nied­ri­ger, wenn Feed­back gege­ben wur­de (35 %/27 % ohne/mit Feedback).

Dis­kus­si­on der Pilotstudie

Wie aus Abbil­dung 3 her­vor­geht, konn­te der getes­te­te Pro­band sei­ne Leis­tung im kom­ple­xen Clothe­spin-Relo­ca­tion­Test mit dem tak­ti­len Feed­back deut­lich ver­bes­sern, wohin­ge­gen im ein­fa­chen Box-and-Block-Test kein Unter­schied zu sehen war. Im ein­fa­chen BBT führ­te das gege­be­ne Berüh­rungs­feed­back nicht zu einer Leis­tungs­stei­ge­rung, da es kei­nen funk­tio­nel­len Mehr­wert für den Pro­ban­den hat­te. Um mög­lichst schnell zu sein, erzeug­te er ver­mut­lich eine ziem­lich star­ke Kon­trak­ti­on und griff damit die Blö­cke mit gro­ßer Kraft, sodass er auch ohne das vibrot­ak­ti­le Feed­back wuss­te, dass er zuge­grif­fen hat­te. Außer­dem soll­te das impli­zi­te Feed­back nicht unter­schätzt wer­den, durch das der Pro­band immer sehen konn­te, wenn er einen Block gegrif­fen hat­te, und hören und sehen konn­te, ob er einen Block ver­lo­ren hatte.

Im deut­lich kom­ple­xe­ren abge­än­der­ten CPRT muss­te der Pro­band nicht nur zwi­schen dem Oppo­si­ti­ons­mo­dus sowie Innen- und Außen­ro­ta­ti­on wech­seln, son­dern auch Kräf­te in vier ver­schie­de­nen, weni­ge New­ton wei­ten Kraft­be­rei­chen erzeu­gen. Die deut­lich schnel­le­re Zeit ist also ver­mut­lich einer­seits dar­auf zurück­zu­füh­ren, dass der Pro­band sich schnel­ler sicher sein konn­te, dass sei­ne Ko-Kon­trak­ti­on erfolg­reich war und er sich in der rich­ti­gen Pro­the­sen­funk­ti­on befand. Ande­rer­seits muss er durch das tak­ti­le Kraft­feed­back deut­lich bes­ser in der Lage gewe­sen sein, die von ihm selbst über die Mus­kel­kon­trak­ti­on gesteu­er­te Pro­the­sen­kraft ein­zu­schät­zen und damit die rich­ti­gen Kraft­be­rei­che für jede Wäsche­klam­mer zu errei­chen. Dies ist nicht nur anhand der lang­sa­me­ren Zeit, son­dern auch anhand der deut­lich höhe­ren Anzahl an Feh­lern und der etwas höhe­ren Kräf­te in der Bedin­gung ohne Feed­back zu sehen.

Die Kom­ple­xi­tät des gege­be­nen Feed­backs wur­de wie oben beschrie­ben an die Kom­ple­xi­tät der Tests ange­passt, sodass sich die bei­den Tests nicht nur in der Auf­ga­be, son­dern auch im Feed­back unter­schie­den. Für den BBT ist eine genaue Kennt­nis der Griff­kräf­te aus Sicht der Ver­fas­ser nicht inter­es­sant, weil der Nut­zer die Geschwin­dig­keit, nicht die Griff­ef­fi­zi­enz opti­mie­ren soll, sodass deut­lich höhe­re Kräf­te als nötig pro­du­ziert wer­den soll­ten. Die­se Ver­mu­tung konn­te durch die Daten bestä­tigt wer­den (sie­he Ergeb­nis­teil). Im BBT nicht benö­tig­tes Kraft- oder Funk­ti­ons­feed­back hät­te dem Nut­zer also weder gehol­fen noch gescha­det, da es kei­ne wei­te­re auf­ga­ben­re­le­van­te Infor­ma­ti­on ent­hal­ten hät­te 26. Im CPRT hin­ge­gen wur­de das gesam­te Feed­back­sys­tem genutzt, da sowohl die Kennt­nis der Griff­kraft als auch der Funk­ti­ons­wech­sel für den Test rele­vant waren.

Fazit

Zusam­men­ge­fasst unter­stüt­zen die vor­ge­stell­ten Pilot­da­ten die Hypo­the­se, dass zusätz­li­ches, vibrot­ak­ti­les Feed­back dann zu einer funk­tio­nel­len Ver­bes­se­rung in einem Anwen­dungs­sze­na­rio füh­ren kann, wenn die­ses hin­rei­chend kom­plex ist und das Feed­back wich­ti­ge, sonst nicht vor­han­de­ne Infor­ma­tio­nen des Anwen­dungs­sze­na­ri­os wahr­nehm­bar macht. Nach der Stu­die gab der Pro­band zudem an, dass er sich sehr gut vor­stel­len kön­ne, auch zu Hau­se von dem zusätz­lich gege­be­nen Feed­back zu pro­fi­tie­ren. Wäh­rend er sowohl die Nütz­lich­keit des Funk­ti­ons­feed­backs (10/10) als auch die des Kraft­feed­backs (10/10) als maxi­mal ein­stuf­te, hielt er das Berüh­rungs­feed­back (5.5/10) für nicht ganz so not­wen­dig. Ins­ge­samt folgt dar­aus, dass er auch sub­jek­tiv von dem Feed­back pro­fi­tier­te. Natür­lich müs­sen wei­te­re Pro­ban­den unter­sucht wer­den, um auch für ande­re Pro­ban­den gül­ti­ge Erkennt­nis­se aus den Daten zu ziehen.

Für die Autoren:
Dr. Mei­ke A. Schweisfurth
Insti­tu­te for Neu­ro­reha­bi­li­ta­ti­on Systems
Uni­ver­si­täts­me­di­zin Göttingen
Von-Sie­bold-Str. 3
37075 Göt­tin­gen
meike.schweisfurth@bccn.uni-goettingen.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

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