Schmerzforschung ETH Zürich

Die Kappe am Beinstumpf lindert den Phantomschmerz

Von Arwin Baur, Kantonsschule Uetikon am See
15.07.2021
, 14:01
Schmerzmessen und Scheinschmerzen: Eine junge italienische Neurowissenschaftlerin und Psychologin an der ETH Zürich über ihre Forschungsarbeit im Team
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Ein Pult, einen Computer, mehr braucht Greta Preatoni nicht für ihre Arbeit. Die blonde Italienerin mit einem Abschluss in Psychologie und Neurowissenschaft arbeitet im Robotics Lab der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich. Das Lab ist Teil des Institute of Robotics and Intelligent Systems des Department of Health Science and Technology der ETH. Preatonis Arbeitsplatz befindet sich in einem älteren, mehrstöckigen Haus, vis-à-vis dem Hauptgebäude.

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Ist ein Bein zu verlieren schmerzhaft? Natürlich ist es das, man würde denken, dass, wie bei anderen Verletzungen, die Schmerzen mit der Genesung aufhören. Leider ist das nicht so. Patienten spüren oft noch lange sogenannte Phantomschmerzen. Diese entstehen durch Nervenkonflikte. Das Gehirn entsendet und empfängt konstant Nervensignale, um feststellen, in welchem Zustand sich der Körper gerade befindet. Phantomschmerzen entstehen, wenn das Gehirn das fehlende Glied noch nicht als fehlend abgespeichert hat und daher von der abgetrennten Gliedmaße Nervensignale erwartet, die aber nicht ankommen, da die Gliedmaße ja abgetrennt ist. So entsteht ein Konflikt zwischen den Erwartungen des Gehirns und der Information, die es tatsächlich erhält.

Virtual-Reality-Brillen für die Patienten

Das Ziel des bereits abgeschlossenen Phantom Limb Project war es, eine Methode zur Behandlung von Phantomschmerzen zu finden. Der Lösungsansatz war, dem Gehirn die erwarteten Informationen zu geben. Dies hat das Neuroingenieurteam erreicht, indem die Forscher Nervenimpulse mithilfe einer Art Kappe, die auf dem Stumpf getragen wird, stimulieren. Mit dieser Kappe ist es möglich, dem Gehirn die erwartete Information des fehlenden Gliedes zu geben. Zusätzlich wird diese Kappe mit Virtual Reality gekoppelt, um dem Träger zu ermöglichen, das fehlende Glied zu sehen und zu spüren. Dem Patienten werden mit Virtual-Reality-Brillen verschiedene Situationen gezeigt, in denen das fehlende Glied stimuliert wird. „Eine Szene, die via Virtual Reality einem einbeinigen Patienten gezeigt werden könnte, ist zum Beispiel ein Strand. Der Patient würde im Wasser stehen, und Wellen prallen gegen seine Beine. Diese Wellen spürt der Patient mithilfe der Impulse durch die Kappe am Stumpf des fehlenden Beines. Das Gehirn erhält also die erwartete Information des Beines. Es hat sich gezeigt, dass solche Simulationen zu Schmerzlinderung führen“, sagt Preatoni. Die Neurowissenschaftlerin hat ihre Ausbildung in Mailand und Padua, Italien, absolviert. Im Gymnasium wurde der Schwerpunkt auf Sprache, Musik, Kunst gelegt. Sie entschied sich für Psychologie. Nach dem Bachelor in Mailand orientierte sie sich in eine andere Richtung. „I liked it but I thought it was not challenging enough for me“, erklärt sie in Englisch mit italienischem Akzent ihren Wechsel in die Neurowissenschaften, wo sie einige Jahre später an der Università Vita-Salute San Raffaele in Mailand ihren Masterabschluss erhielt. „Per Zufall hatte ich an Informatik-Vorlesungen, die ich freiwillig belegte, zweimal jemanden aus dem Robotics Lab der ETH getroffen.“ Sie wurde eingeladen und erhielt später eine Festanstellung. „Zu Beginn wird man nie alles wissen und alles mitbringen, was man braucht. Aber mit Leidenschaft wirst du es lernen“, erklärt die 30-Jährige.

Subjektive Bewertung von 1 bis 10

Wie wird Schmerz gemessen? Schmerz wird aktuell nicht gemessen, die Patienten können lediglich bekannt geben, wie fest es subjektiv schmerzt. Dies wird auf einer Skala von 1 bis 10 festgelegt, von „Es schmerzt gar nicht“ bis „Der Schmerz ist nicht aushaltbar“. Preatoni und das Neuroingenieur Lab sind auf der Suche nach einer besseren Methode, Schmerz zu messen. Das Ziel ist es, ein Tool zu kreieren, mit dessen Hilfe der Schmerz des Patienten objektiv bestimmt werden kann. Dafür braucht die Forschergruppe unter anderem eine Datenbank und einen Algorithmus. Die Datenbank wird aus diversen Messungen verschiedenster Patienten zusammengestellt. Von den Patienten werden Hirnaktivität, Puls, psychischer Zustand, Blutdruck und vieles mehr aufgenommen, eigentlich alles, was einen Zusammenhang mit dem empfundenen Schmerz haben könnte. Tausende Datensets konstituieren schließlich die Datenbank. Für das Sammeln der Datensets wird das Team einerseits klinische Versuche durchführen müssen, andererseits schon vorhandene Datensets in der Literatur suchen und aufnehmen. Für die klinischen Versuche brauchen sie die Erlaubnis der Ethikkommission der ETH und des Kantons. Für die Auswertung wird ein Algorithmus benötigt. Dieser muss vom Team programmiert und trainiert werden. Ziel ist es, Korrelationen zwischen einzelnen gemessenen Faktoren und dem empfundenen Schmerz des Patienten zu finden. „Der Erfolg dieses Projekts hätte große Auswirkungen auf die Welt der Medizin: Ärzte könnten mit den ihnen zugänglichen Mitteln Messungen an Patienten machen, die Resultate in das Tool eingeben, und dieses würde ihnen dann angeben, wie viel Schmerz der Patient empfindet. Dies würde es den Ärzten erlauben, den Patienten spezifischer zu behandeln“, erklärt die Forscherin.

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Quelle: F.A.Z.
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