Die ungewöhnliche Mensch-Maschine-Schnittstelle für die Medizintechnik wurde von einem Forscherverbund aus Göttingen, Heidelberg und Karlsruhe entwickelt: Sie nutzen das Ohr, um Rollstühle oder Prothesen zu steuern. Dabei erfasst ein kleiner Chip hinter dem Ohr des Probanden die Muskelsignale und überträgt sie per Funk an einen Computer. Das Ziel des Projektes ist es, den in der Bewegung eingeschränkten Menschen ein Stück Mobilität und Lebensqualität zurückzugeben. "Wir denken bei der neuen Technologie zunächst an Patienten mit einer hohen Querschnittslähmung, also an Patienten, die ihre Beine und Arme nicht mehr bewegen können", so Prof. Dr. David Liebetanz. Im Gegensatz zu bereits bestehenden Steuerungen, die etwa über die Atmung oder über Blickbewegungen funktionieren, müssten die Patienten bei der Ohrmuskelsteuerung nicht auf gleichzeitige soziale Interaktion verzichten.

Rollstuhl mit Ohrenwackeln steuern

Liebetanz ist in der Klinik für Klinische Neurophysiologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) tätig und der Initiator der Forschergruppe. Gemeinsam mit seinen Forscherkollegen aus Heidelberg und Karlsruhe konnte er erstmals beweisen, dass ihre Idee, einen Rollstuhl mit Ohrenwackeln zu steuern, auch in der Praxis besteht. Erste Tests mit gesunden Probeanden haben die Erwartungen sogar übertroffen.

Spezielle Trainings-Software für Probanden

Probandenwege (schwarz) im virtuellen Parkour mit aurikulärer Steuerung an Tag 1 (a). Deutlich weniger Richtungswechsel und Reduktion der Abweichung vom Soll-Weg (grün) am Ende des Trainings.

© UMG/Liebetanz

Über fünf Tage trainierten zehn gesunde Probanden täglich eine Stunde, um ihre Ohrmuskulatur abwechselnd auf der rechten und linken Seite aktivieren zu können. Eine speziell für diesen Zweck entwickelte Trainings-Software unterstützte sie dabei, indem sie dem Probanden Rückmeldung über Qualität und Trainingspotenzial seiner Ohrmuskelsignale gab. Am fünften Tag wurde die Trainings-Software mit der Steuerung eines elektrischen Rollstuhls verbunden. Die Datenübertragung von Ohr zur Steuerung erfolgt über eine Funkschnittstelle.

Die Elektronik des Steuerungsprototyps kommt aus dem Labor für Experimentelle Neurorehabilitation von Dr.-Ing. Rüdiger Rupp am Querschnittzentrum des Universitätsklinikums Heidelberg. "Eine besondere Herausforderung war für uns, eine technische Lösung zu finden, die eine störungsunanfällige Messung der kleinen Signale der Ohrmuskeln bringt", so Rupp. Er sorgte für die notwendige Miniaturisierung der Messelektronik und für eine stromsparende Übertragung der ständig gemessenen Muskelsignale. Dr.-Ing. Markus Reischle vom Institut für Angewandte Information am Karlsruher Institut für Technologie entwickelte die Software.

Doch die Arbeit hat sich gelohnt: Im Praxistest konnten alle zehn Probanden nach dem Training einen Rollstuhl nur mittels der Ohrmuskulatur steuern. "Das hat uns wirklich verblüfft. Denn die Hälfte unserer Probanden hatte vor Beginn der Studie angegeben, überhaupt nicht mit den Ohren wackeln zu können", erzählt Prof. Liebetanz. "Offensichtlich handelt es sich um eine Fertigkeit, die innerhalb kurzer Zeit erlernt werden kann, etwa wie das Jonglieren mit drei Bällen", sagt Diplom-Psychologin Leonie Schmalfuß, Klinik für Klinische Neurophysiologie. Sie führte das Training mit den Probanden an der UMG durch. Liebetanz weiter: "Die Untersuchungen legen nahe, dass jeder Mensch die Ohrmuskulatur willentlich aktivieren kann, wenn er diese Fähigkeit gezielt übt. Bei entsprechendem Training mit dem neuen Prototyp kann sogar die filigrane Steuerung eines Rollstuhls erreicht werden."

Lösung als Implantat anvisiert

In den kommenden Jahren möchte die Forschungsgruppe ihre Erfahrungen nutzen und ein voll implantierbares System entwickeln. Eine solche Mensch-Maschine-Schnittstelle kann dann per Funk mit unterschiedlichen Geräten, etwa einem Rollstuhl, einer Armprothese oder einem Computer, verbunden werden. Die Ergebnisse dieser neuen Technologie werden auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurorehabilitation in Berlin vom 12. bis 14. Dezember 2013 erstmals einem Fachpublikum präsentiert.

Im Moment suchen die Forscher nach hoch-querschnittsgelähmten Probanden, die älter als 18 Jahre sind.