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#1

Sechs Finger an jeder Hand

in Aus der Welt der Wissenschaft 04.07.2019 07:41
von franzpeter | 9.686 Beiträge

3. Juli 2019, 18:50 Uhr
Hirnforschung
Sechs Finger an jeder Hand


Der sechste Finger ist ähnlich beweglich wie der Daumen.

Grund für die zusätzlichen Finger ist eine seltene Veränderung im Erbgut.
Meistens sind solche Extra-Finger verkümmert oder unbeweglich und werden wegoperiert.
In einem Computerspiel waren die Probanden einhändig genauso gut und schnell wie andere mit zwei Händen.
Von Clara Hellner
Das Foto von der Hand mit sechs statt fünf Fingern sieht auf den ersten Blick aus wie eine Fälschung, so als hätte es jemand per Bildbearbeitung zusammenmontiert. Aber es ist echt: Mit dem kräftigen Extra-Finger zwischen Daumen und Zeigefinger kamen die zwei Probanden einer Freiburger Studie, in der das Foto kürzlich veröffentlicht wurde, bereits auf die Welt.
Grund für die zusätzlichen Finger ist eine seltene Veränderung im Erbgut.

Meistens sind solche Extra-Finger verkümmert oder unbeweglich, dann werden sie direkt nach der Geburt oder später wegoperiert. Die beiden, Mutter und Sohn, waren jedoch ein doppelter Glücksfall für die Wissenschaftler in Freiburg. Einerseits eine seltene Gelegenheit, um zu untersuchen, wie das Gehirn mit der Steuerung eines zusätzlichen Gliedmaßes eigentlich zurechtkommt. Und andererseits um eine Antwort auf eine Frage zu finden, die sich Forscher schon länger stellen: Ist es überhaupt möglich, mehr als das zu händeln, was wir von Natur aus haben: fünf Finger an jeder Hand, zwei Arme, zwei Beine?


Vor allem Wissenschaftler, die zusätzliche, künstliche Gliedmaßen entwickeln wollen - also zum Beispiel einen Extra-Arm oder -Finger - zerbrechen sich darüber den Kopf. Denn künstliche Arme und Finger, die fein greifen, tasten und zupacken können, gibt es schon länger. Nur diese zusätzlichen Körperteile mit dem Gehirn zu verknüpfen, das stellt die Forscher vor Probleme. "Die Frage ist: Hat unser Gehirn die Kapazitäten, um zusätzliche Gliedmaßen zu steuern?", sagt der Neurobiologe Carsten Mehring, einer der Autoren der Studie, die im Journal Nature Communications veröffentlicht wurde.
Um darauf eine Antwort zu finden, untersuchten er und seine Kollegen zunächst einmal, wie beweglich der zusätzliche Daumen ihrer Probanden überhaupt ist und was sich damit anfangen lässt. Die Wissenschaftler hatten dazu eigens ein Computerspiel entwickelt, für das man sechs Finger braucht. Für die beiden Probanden nach etwas Übung kein Problem: Das Spiel konnten sie mit einer Hand meistern, und zwar genauso gut und schnell wie andere mit zwei Händen. Mithilfe eines MRT-Scanners konnten die Wissenschaftler sehen, welche Hirnareale bei der Bewegung des sechsten Fingers besonders gut durchblutet und damit gerade am Arbeiten waren. Dabei zeigte sich ganz deutlich: Für die Bewegung der Extra-Finger hat das Gehirn zusätzliche Kapazitäten reserviert.

"Dass die Probanden den zusätzlichen Finger unabhängig von den anderen Fingern bewegen können, hat uns durchaus überrascht", sagt Mehring. Ein zusätzlicher Finger, der sich nicht eigenständig, sondern nur zusammen mit einem anderen bewegen lässt - auch das hätte Ergebnis der Untersuchungen sein können. Denn für das Gehirn ist ein Gliedmaß mehr eine ganz schöne Herausforderung: Nicht nur die zusätzlichen Muskeln muss es steuern, sondern auch ständig koordinieren, dass der Zusatzfinger nicht mit den anderen zusammenstößt, und die Bewegungen - zum Beispiel beim Greifen - auf der ganzen Hand abgestimmt sind.
Diese Erkenntnis der Freiburger Forscher könnte ein wichtiger Schritt sein, um nicht nur das menschliche Gehirn besser zu verstehen, sondern vielleicht auch, um ihm zusätzliche Fähigkeiten zu verleihen. "Wir haben nun den ersten Hinweis darauf, dass unser Gehirn theoretisch fähig ist, zusätzliche Extremitäten zu steuern", sagt der Neurobiologe Mehring. Und zwar ohne, dass die Bewegung des restlichen Körpers dadurch eingeschränkt wird. Ob das auch für Extra-Gliedmaßen gelten würde, einen Roboter-Arm etwa, den sich ein erwachsener Mensch anlegt, lässt sich anhand der vorliegenden Untersuchung noch nicht sagen. Denn Mutter und Sohn hatten den Zusatzfinger von Geburt an. "Bei der Entwicklung des Gehirns wurde er mitberücksichtigt", sagt Mehring.

Doch selbst wenn sich herausstellen sollte, dass ein ausgewachsenes Gehirn doch keine weiteren Gliedmaßen steuern kann - den Traum von Extra-Beinen, Armen oder Fingern müsste man nicht gleich aufgeben. Es gibt Ideen, wie das funktionieren könnte, zumindest, wenn man dafür in Kauf nähme, dass andere Teile des Körpers so lange dann nicht beweglich sind.
Konkret könnte das zum Beispiel heißen, sich eine Art Korsett umzulegen, um ein Roboterbein zu steuern - diese Methode entwickelten amerikanische Forscher schon 2017. Sensoren registrieren, wenn die Person Muskeln am Rumpf anspannt. Je nachdem, welcher Bauch- oder Brustmuskel sich zusammenzieht, bewegt sich das Roboterbein nach hinten, nach links oder nach rechts. Das lässt sich in kurzen Videos anschauen: Der zuckende Oberkörper der Probanden irritiert ein bisschen, aber die Roboterbeine bewegen sich.
Mit einem mechanischen Zusatzarm könnte ein Chirurg ohne Hilfe operieren
Eine ähnliche Idee hatten auch italienische Wissenschaftler. Statt die Sensoren am Rumpf anzubringen, klebten sie diese jedoch auf die Stirn ihrer Probanden. Wenn diese nun die Stirn runzelten oder ihre Augenbrauen hochzogen, bewegte sich ein mechanischer sechster Finger, angebracht am Handgelenk.
Und eine Schweizer Forschergruppe ließ bereits ein Jahr zuvor ihre Probanden einen dritten Arm testen: Die Steuerung dieses Arms funktionierte, nach etwas Übung, so ähnlich wie Gasgeben beim Autofahren, also mit dem Fuß, im Sitzen. Denn der ist schließlich bei vielen Tätigkeiten verzichtbar.
An Ideen, wo solche zusätzlichen Gliedmaßen hilfreich wären, mangelt es nicht: Der Chirurg könnte so im OP-Saal Skalpell und Haken selbst halten und ohne Hilfe operieren. Extra-Beine könnten gelähmte Menschen nach einem Schlaganfall beim Laufen stützen. Und viele besonders unliebsame Aufgaben könnte ein quasi unermüdbarer Roboter-Arm erledigen, gesteuert von einem Menschen: Das Tragen von schweren Umzugskartons zum Beispiel oder besonders anstrengende Arbeiten auf einer Baustelle.

Quelle: sz

Anmerkung:

Zitat
Ob das auch für Extra-Gliedmaßen gelten würde, einen Roboter-Arm etwa, den sich ein erwachsener Mensch anlegt, lässt sich anhand der vorliegenden Untersuchung noch nicht sagen. Denn Mutter und Sohn hatten den Zusatzfinger von Geburt an. "Bei der Entwicklung des Gehirns wurde er mitberücksichtigt", sagt Mehring.



Leute, die ohne Not darüber spekulieren, sich zusätzliche Gliedmaßen zuzulegen, sollten eher über einen Gehirnaustausch nachdenken.


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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#2

Mediziner gaben Querschnittsgelähmten Bewegungen zurück Sie essen selbstständig, greifen nach dem Smartphone: Durch

in Aus der Welt der Wissenschaft 05.07.2019 10:22
von franzpeter | 9.686 Beiträge

Mediziner gaben Querschnittsgelähmten Bewegungen zurück
Sie essen selbstständig, greifen nach dem Smartphone: Durch eine neue OP-Methode können 13 junge Querschnittsgelähmte bislang deaktivierte Muskeln wieder nutzen. Dafür manipulierten die Forscher Nerven.
Von Hannah Lesch


Freitag, 05.07.2019 06:54 Uhr

Das Umlagern von Nerven hat 13 jungen Menschen in Australien ermöglicht, ihre bis dahin gelähmten Arme und Hände wieder zu bewegen. Davon berichten die Forscher der bisher größten Fallstudie zu diesem Thema im Fachmagazin "The Lancet".

Die australischen Mediziner um Natasha van Zyl hatten 16 junge Menschen operiert, die weniger als eineinhalb Jahre vorher durch einen Unfall vom Hals abwärts gelähmt worden waren. Im Durchschnitt waren die Teilnehmer 27 Jahre alt. 13 von ihnen waren zwei Jahre nach der Operation und intensiver Physiotherapie wieder in der Lage, ihren Ellenbogen zu strecken und Dinge mit ihrer Hand zu greifen.

Ein aufregender Moment
Bei dem Operationsverfahren verknüpften die Forscher durch die Querschnittslähmung deaktivierte Muskeln im Arm oder der Hand mit gesunden Nerven. Dafür wählten sie einen gesunden Nerv oberhalb der Verletzung des Rückenmarks aus, der noch mit dem Gehirn kommunizieren konnte. Diesen trennten sie von seinem eigentlichen Muskel ab und verknüpften ihn stattdessen mit dem verletzten Nerv, der den Zielmuskel gesteuert hatte.


Der gesunde Nerv (grün) liegt über der Verletzung im Rückenmark. Aus diesem Grund kann das Gehirn noch mit ihm kommunizieren. Er wurde mit einem verletzten Nerv (rot) verbunden, um dessen Muskel anzusteuern.
In der Phase nach dem Eingriff wuchs der gesunde Nerv an den anderen Nervenfasern entlang bis zum Zielmuskel - laut van Zyt legte er ungefähr einen Millimeter pro Tag zurück. Je nachdem, um welchen Muskel und welchen Nerv es sich handelte, dauerte es zwischen drei und neun Monate, bis er den Zielmuskel erreicht hatte. Ab diesem Augenblick konnten die Patienten den Muskel mithilfe des Nervs wieder ansteuern.

"Es ist immer ein aufregender Moment für die Chirurgen, Therapeuten und Patienten, wenn sie die erste kleine Bewegung sehen. Normalerweise gibt es dann viele glückliche Gesichter - und manchmal ein paar Tränen", sagte van Zyl. Für viele Betroffene sei eine Verbesserung der Handfunktionen ein extrem wichtiges Ziel. "Das gibt ihnen eine größere Unabhängigkeit und die Möglichkeit, einfacher am Familien- und Arbeitsleben teilzunehmen", so die Leiterin der Studie.

Vorteile gegenüber dem bisherigen Vorgehen
Durch den Transfer der Nerven konnten die behandelten Patienten wieder selbstständig essen, Make-up auftragen und elektronische Geräte verwenden, heißt es in der Studie. Die Kontrolle über ihren Ellenbogen ermögliche es ihnen zudem, ihren Rollstuhl selbst anzutreiben und in ihr Bett oder ein Auto zu gelangen.

Bisher nutzten Forscher bei ähnlichen Versuchen meist die Sehnen noch gesunder Muskeln und verbanden diese mit einem gelähmten Muskel, um ihn wieder bewegen zu können. Der Transfer von Nerven kann laut der Studie ähnliche Effekte erzielen, außerdem können mit einem Nerv sogar mehrere Muskeln auf einmal reaktiviert werden.

Ein weiterer Vorteil: Der Eingriff ist kleiner und der Arm muss danach nur zehn Tage in einer Schlinge ruhig gehalten werden - bei einer Umlagerung von Sehnen sind es laut Studie sechs bis zwölf Wochen in einer Orthese, also einer flexiblen Schiene.

Die Grenzen der Technik
Bei zehn der Studienteilnehmer nutzten die Forscher beide Techniken - an einem Arm transferierten sie Nerven und am anderen Arm lagerten sie Sehnen um. Meist ergebe eine transplantierte Sehne einen stärkeren Griff, während eine Hand mit transferiertem Nerv geschickter gesteuert werden könne, so van Zyl.
Menschen, die mit ihrer dominanten Hand am Computer arbeiten oder sanftere, natürlichere Bewegungen machen wollten, wurde an diesem Arm ein Nerv transferiert. Wollten sie Werkzeuge verwenden oder mehr Kraft in dieser Hand entwickeln, verlagerten die Mediziner eine Sehne.

Der Nerventransfer glückte allerdings nicht bei allen Patienten. Bei drei der Gelähmten scheiterte er oder funktionierte nur mit Komplikationen. Man müsse noch besser erforschen, für welche Patienten sich die Technik am besten eigne, schreiben die Forscher. Auch sonst räumten sie Grenzen der Technik ein: Die Methode sei besonders sechs bis zwölf Monate nach der Verletzung sinnvoll. Und auch bei erfolgreichem Transfer könne es Monate dauern, bis man eine erste Bewegung sehe.
Trotzdem und auch trotz der geringen Studiengröße sehen die Forscher eine spannende neue Möglichkeit in der Technik. Die untersuchten Fälle hätten gezeigt, dass der Transfer von Nerven kombiniert mit der Umlagerung von Sehnen zu einer großen Verbesserung für die Betroffenen führen könne, sagte van Zyl.

Quelle: spiegel online


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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