Neurowissenschaft Rehabilitationssystem für Schlaganfallpatienten verbessert das motorische Lernen

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ETH-Forscher haben ein nicht-invasives Rehabilitationssystem entwickelt, das Schlaganfallpatienten hilft, Bewegungen schneller wieder zu erlernen. Der smarte Ohrstöpsel stimuliert durch elektrische Reize den Vagusnerv, wodurch Schaltkreise im Gehirn neu vernetzt werden.

Schlaganfallpatienten können oft Bewegungsabläufe des alltäglichen Lebens – wie Gehen oder Nach-etwas-Greifen – gar nicht oder nur mehr schlecht ausführen. Ein Grund dafür ist, dass der Schlaganfall Regionen im Gehirn schädigt, die für diese Bewegungen mitverantwortlich sind. Klinische Studien zeigten bereits, dass die Stimulation des Vagusnervs eine wichtige Rolle bei der Rehabilitation beschädigter Hirnregionen spielt. Bisher musste dafür ein Impulsgeber unter die Haut implantiert werden. Diese Operation war i. d. R. erst ein Jahr nach dem Schlaganfall möglich.

Die ETH-Wissenschaftler Paulius Viskaitis und Dane Donegan vom Rehabilitation Engineering Laboratory haben ein System entwickelt, mit dem die Stimulation des Vagusnervs in Zukunft einfacher und schneller möglich ist: „Unser Ohrstöpsel aktiviert den Nerv in der Ohrmuschel mittels subtiler, elektrischer Reize. Ein operativer Eingriff ist nicht mehr notwendig“, erklärt Viskaitis, der kürzlich ein Pioneer Fellowship der ETH Zürich erhalten hat, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Auch der Zeitpunkt der Stimulation ist entscheidend

Neurowissenschaftler Donegan, damals noch an der University of Colorado, konnte zudem vor wenigen Jahren zeigen, dass es nicht nur auf die Stimulation des Vagusnervs ankommt, sondern auch wann man dies tut. Besonders wirksam sind die elektrischen Reize dann, wenn Schlaganfallpatienten Bewegungen ausführen, die ihnen nach dem Schlaganfall motorisch Schwierigkeiten bereiten.

Dadurch werden im Gehirn motorische Schaltkreise neu vernetzt, um die fehlende Funktion jener Regionen zu kompensieren, die durch den Schlaganfall beschädigt wurden. „Vergleichbar mit der Rekonfiguration einer Software fördert der Reiz des Nervs die Neuroplastizität, hilft dabei neue Synapsen zu bilden und unterstützt das Wiedererlernen von Bewegungen“, erklärt Donegan.

Wearable gibt Zeitpunkt der Stimulation weiter

Ein weiterer Nachteil der Behandlung mit implantiertem Sensor ist, dass ein Therapeut den Stimulator manuell bedienen muss. Dies ist kostspielig und zeitintensiv.

Die zwei ETH-Forscher haben daher einen Bewegungssensor entwickelt, der einer Smartwatch ähnelt. Diesen tragen Schlaganfallpatienten dort, wo ihre Motorik beeinträchtigt ist – so z. B. am rechten Arm. Mittels einer speziellen Software, die ebenfalls von Viskaitis und Donegan entwickelt wurde, analysiert der Sensor die Bewegungen des Arms in Echtzeit und teilt dem Ohrstöpsel mit, wann der Patient diesen besonders gut bewegt hat.

Daraufhin wird der Vagusnerv stimuliert, und das Gehirn prägt sich den richtigen Bewegungsablauf schneller und wirksamer ein. Im Fachjargon wird dieser Ablauf verstärkendes Lernen genannt.

Therapie ohne professionelle Betreuung möglich

Im Unterschied zu bestehenden Behandlungsmethoden können Schlaganfallpatienten die Technologie der ETH-Forscher ohne professionelle Betreuung nutzen. Zudem soll der Bewegungssensor Therapeuten ermöglichen, den Fortschritt ihrer Patienten auf dem Smartphone zu beobachten. Davon erwarten sich die ETH-Forscher weitere Fortschritte bei der Behandlung.

Viskaitis und Donegan wollen noch diesen Sommer ein ETH-Spin-off gründen und möglichst schnell Tests mit gesunden Menschen durchführen. Anschließend planen sie die erste klinische Studie.

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