Amputation: Bewegungen erstmals dekodiert

Experten der Chalmers University of Technology entschüsseln die "Sprache" des Nervensystems

Rehabilitation: Neuer Ansatz bedeutet einen Durchbruch (Foto: Pietro Comaschi)

Göteborg (pte011/19.03.2026/10:30)

Ein Team unter der Leitung der Chalmers University of Technology hat erstmals erfolgreich die Beinbewegungen aus den verbliebenden Nerven von Patienten mit Amputationen über dem Knie dekodiert. Möglich geworden ist dies durch neuartige implantierbare Neurotechnologie und ein KI-Verfahren, das auf der eigenen "Sprache" des Nervensystems basiert. Es wurde sogar wieder möglich, mit den Zehen zu wackeln.

Alte Nervensignale nutzen

Die Forscher haben sich auf die direktere Nutzung verbliebener Nervensignale konzentriert. Laut Studienautor Giacomo Valle führt die Aufforderung zur Bewegung dazu, dass Signale über die Nerven zu den Muskeln gelangen, die dann diese Aktion ausführen. Das sei auch dann der Fall, wenn dieses Körperteil gar nicht mehr vorhanden ist. "Das bedeutet, dass alle erforderlichen Infos innerhalb dieser Nerven gewonnen werden können." Die großen Herausforderungen seien die Extrahierung und das Verständnis des zugrundeliegenden neuronalen Codes.

Entwickelt worden ist einen völlig neuer Ansatz zur Behandlung beinamputierter Personen. Die entscheidende Rolle spielt dabei ein neurotechnologisches Implantat in Kombination mit einem neuen auf KI basierenden Algorithmus. Es ist gelungen, diese Technologie für das präzise und kontrollierte "Lesen" von Nervensignalen zu nutzen. Im nächsten Schritt wurde das KI-basierte Verfahren eingesetzt, die aufgezeichneten Nervensignale zu interpretieren. Dieses Verfahren beruht auf sogenannten "Spiking Neural Networks" (SNNs). Sie verarbeiten zeitbasierte Signale, also Spikes, und nicht wie bisher kontinuierliche Zahlenwerte.

Annäherung an die Biologie

Die zweite Seniorautorin Elisa Donati von der Universität Zürich und der ETH Zürich betont, dass diese Signale genauer nachahmen, wie biologische Neuronen kommunizieren. Periphere Nerven kommunizieren über diskrete elektrische Impulse oder Spikes. Daher sind SNNs auf natürliche Art und Weise dafür geeignet, diese Signale zu verarbeiten. "Durch die engere Anpassung unserer Rechenmodelle an die Biologie können wir die Bewegungsabsicht effektiv extrahieren. Das wird mittels kompakter Modelle und auch relativ eingeschränkter Daten möglich", betont Donati.

Im Rahmen der Studie sind Tests mit zwei Patienten durchgeführt worden. Vier ultradünne neuronale Implantate wurden in den Schienbeinnerv eingeführt. Dieser spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Beinbewegung und des Gefühls. Die Teilnehmer wurden ersucht, verschiedene Bewegungen mit ihrem Phantombein anzustreben. Die Forscher zeichneten dabei die ausgehenden Signale auf und entschlüsselten sie dann mit einer bisher noch nie erreichten hohen Auflösung. Die Implantate hatten jeweils ungefähr die Größe eines menschlichen Haares und waren sowohl flexibel als auch biegsam.

Laut Valle handelt es sich um die erste Studie, die nachweist, dass Signale peripherer Nerven die beabsichtigten Beinbewegungen von Beinamputierten genau interpretiert. "Wir konnten spezifische Nervensignale spezifischen Bewegungen zuordnen und mit großer Genauigkeit vorhersagen, welche Bewegung die Teilnehmenden versuchen würden", unterstreicht Valle. Zudem bestehe laut der in "Nature Communications" publizierten Untersuchung die Möglichkeit, auch die spezifischen Bewegungen der Knie, der Knöchel und der Zehen zu interpretieren.

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