Dipl.-Ing. Cornelia Hartmann, Dr. Bernhard Graimann, Prof. Oskar C. Aszmann, Prof. Frank Braatz, Prof. Cornelius Frömmel, Dr. Meike Schweisfurth und Prof. Dario Farina. (© PFH Private Hochschule Göttingen)

(please find also English version below)

 

Das Thema Neuroprothetik in den Fokus zu rücken und Interesse für diesen faszinierenden
Forschungszweig zu wecken: Dieses selbst gesteckte Ziel hat das öffentliche
Diskussionsforum „Kunstgriff Neuroprothetik – Einblicke in Armprothesen der Gegenwart
und Zukunft“ erreicht. Rund 150 Zuhörer kamen zu der Veranstaltung im Alfred-Hessel-
Saal in Göttingen, zu der die Organisationseinheit Neurorehabilitationstechnik der
Universitätsmedizin Göttingen (UMG) am Bernstein Center for Computational
Neurosciences (BCCN) / Bernstein Focus Neurotechnology (BFNT) eingeladen hatte.

Das Forum war der öffentliche Teil des wissenschaftlichen Symposiums DEMOVE und
richtete sich an ein breites Publikum. Fünf Vertreter aus Wissenschaft, Medizin und
Wirtschaft beleuchteten das interdisziplinäre Thema von verschiedenen Seiten und setzten
dabei auf anschauliche Kurzvorträge mit Fallbeispielen aus der Praxis. Nach der Begrüßung
durch Prof. Dr. Dario Farina, Leiter der Organisationseinheit Neurorehabilitationstechnik,
folgte eine allgemeine Einleitung durch seine Mitarbeiterin Dr. Meike Schweisfurth. Sie
erläuterte die so genannte Mensch-Maschinen-Schnittstelle, die selbst Laien im Publikum
in Form des Innenohr-Implantats ein Begriff war. Anschließend spannte sie den Bogen zur
künstlichen motorischen Schnittstelle zwischen Muskel und Prothese, dem Standard in der
modernen Prothetik.

Prof. Dr. Frank Braatz, Inhaber des Lehrstuhls für Orthobionik an der Privaten
Fachhochschule (PFH) Göttingen, beleuchtete die Ursachen für erworbene und angeborene
Amputationen der oberen Extremität sowie die unterschiedlichen Ziele der
Hilfsmittelversorgung. Anschließend stellte Dr. Bernhard Graimann vom Medizintechnik-
Unternehmen Ottobock mediale Schlagworte wie „Hightech-Prothesen besser als das
Original“ auf den Prüfstand. Vor allem in der Handprothetik sei das natürliche Vorbild der
künstlichen Nachbildung noch immer weit überlegen. „Prothesen können fehlende
Funktionen ersetzen, aber sie sind kein Ersatz der Hand“, so Graimann. Es mangele unter
anderem noch an flexibler Anwendbarkeit und einer natürlichen, mühelosen Steuerung.
Letztere bezeichnete Graimann als „den ganz großen Flaschenhals bei der Entwicklung
moderner, multifunktionaler Handprothesen“. Umso erfreulicher sei das vielversprechende
Ergebnis eines gemeinsamen Forschungsprojektes von Ottobock und UMG unter
Beteiligung der TU Berlin und der OT Bioelettronica. Graimann: „Ich kann sagen, die aus
dieser Kooperation hervorgegangene Steuerung ist die beste, die es zurzeit für diese Art von
Prothesen gibt.“

Bei allen Vorteilen, die moderne Prothesen bieten, seien diese nicht in der Lage,
sensorisches Feedback zu geben. Dies führe dazu, dass wichtige Empfindungen wie
Temperatur und Oberflächenbeschaffenheit fehlten. Um diese in Zukunft zu ermöglichen,
sei eine Verbesserung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle unerlässlich. Auf dieses Thema
ging Dipl.-Ing. Cornelia Hartmann, Mitarbeiterin in der Organisationseinheit von Prof. Dr.
Farina sowie bei Ottobock, in ihrem Vortrag ein. Neben Einschränkungen etwa beim Greifen
zerbrechlicher Gegenstände führe fehlendes sensorisches Feedback häufig zu
Phantomschmerzen. Diese könnten durch neue, künstliche Signale an das Gehirn gelindert
werden. Daher arbeite die Forschung intensiv an Möglichkeiten der Weiterleitung. Ein
Ansatz sei die Schnittstelle direkt am Nerv, beispielsweise mit Hilfe spezieller Elektroden.
Für einen solchen invasiven Zugang sei jedoch eine Operation erforderlich. Zudem bestehe
die Gefahr, dass die Verbindung instabil werde. Und so zog Hartmann am Ende das Fazit:
„Forschung ist die eine Sache, die praktische Umsetzung eine andere.“

Was bei allen Herausforderungen schon heute möglich ist, zeigte der Plastische Chirurg
Prof. Dr. Oskar C. Aszmann von der Medizinischen Universität Wien. Der Spezialist für die
Wiederherstellung von Extremitätenfunktionen arbeitet seit Jahren eng mit Ottobock
zusammen und referierte in Göttingen u?ber Chancen und Grenzen der
Rekonstruktionsmedizin. Dabei beeindruckte er mit Beispielen aus seiner chirurgischen
Praxis, in der nicht nur Nerven, sondern auch komplette Hände transplantiert werden. „Die
Hand ist wertvoll und wir tun alles dafür, um sie zu erhalten“, so Aszmann. Dennoch sei in
Einzelfällen sogar die Amputation einer natürlichen, funktionslosen Hand und deren Ersatz
durch eine Prothese zu erwägen. Ziel sei es, den Patienten mehr Mobilität und
Selbstständigkeit im Alltag zu ermöglichen. Dies sei aber eine sehr individuelle
Entscheidung, die von den Patienten nach sorgfältigem Abwägen aller Vor- und Nachteile
getroffen werden müsse.

„Prothetik ist nicht nur eine technische Lösung, sondern der ganze Mensch“, resümierte
Prof. Dr. Cornelius Frömmel, der die Gründungsprofessur Orthobionik an der Universität
Göttingen innehat. Bei einer prothetischen Versorgung gelte es, ethische,
wissenschaftliche, technische, chirurgische und andere Aspekte gleichermaßen zu
berücksichtigen. Alle Beteiligten hätten ein gemeinsames Ziel: das Glück und Wohl der
Patienten. Dennoch sprächen Hersteller, Kostenträger und Mediziner naturgemäß
unterschiedliche Sprachen. Umso wichtiger sei die Interdisziplinarität in der
Neuroprothetik.

Ein wesentliches Thema bei der anschließenden Diskussion war die Kostenerstattung. Diese
müssten Hersteller wie Ottobock bei allen Forschungsaktivitäten stets im Blick behalten, so
Dr. Graimann. Wie das Problem der Kostenerstattung in anderen Ländern gelöst wird,
deutete Prof. Dr. Aszmann an: „Viele Patienten wissen um den Wert der Hand. Sie setzen
Prioritäten, kaufen sich kein neues Auto und zahlen ihre Versorgung selbst.“ Im Publikum
gab es nicht nur interessierte, sondern auch kritische Stimmen. So stellte ein Zuhörer die
Frage, ob nicht eine intakte Hand ausreiche und ob es bei der prothetische Versorgung
Grenzen gebe. Die Grenze sei durch das Gesetz definiert, so Graimann: „Grundbedürfnisse
wiederherstellen, Wirtschaftlichkeit behalten – das ist das enge Feld, in dem wir uns
bewegen.“ Was eine Versorgung mit Hilfsmitteln für die betroffenen Menschen bedeutet,
zeigte der Wortbeitrag eines Anwenders: „Ohne Prothese bin ich wirklich behindert.“ Damit
griff der Träger einer myoelektrischen Armprothese auf, was zuvor bereits Prof. Dr.
Frömmel betont hatte: „Prothesenträger sind nicht behindert, sie sind Nutzer von
Möglichkeiten.“ Und diese Möglichkeiten gelte es, durch technische Weiterentwicklungen
und individuell bestmögliche Versorgungen auszuschöpfen.

 

 

English version

Interdisciplinary research, individual fittings

 

150 audience members at public neuroprosthetics discussion forum in partnership with Ottobock

The self-defined goal of the public discussion forum "Art of neuroprosthetics – insights into current and future upper limb prostheses" was to shine the spotlight on neuroprosthetics and engage interest in this fascinating branch of research – and this it achieved. Around 150 people came to the event in Göttingen, which was hosted by the Department of Neurorehabilitation Engineering at the University Medical Center Göttingen (UMG). Ottobock was represented on the podium by Dr Bernhard Graimann and Cornelia Hartmann. Numerous Ottobock employees from various departments also attended in the audience.

The forum was the public part of the scientific symposium DEMOVE, and was targeted to a wide audience. Five representatives from science, medicine and economics shone light on the interdisciplinary theme from various angles, and delivered short, descriptive presentations incorporating real example cases.

After the welcome speech by Prof Dario Farina, Director of the Department of Neurorehabilitation Engineering, there was a general introduction from his colleague, Dr Meike Schweisfurth. She explained the so-called man-machine interface, which even the laymen in the audience knew as a concept thanks to the cochlear implant. Then she crossed over to the artificial motor interface between muscle and prosthesis, the standard in modern day prosthetics. Prof Frank Braatz, holder of the chair in orthobionics at the PFH Private University of Applied Sciences Göttingen, explained the causes of acquired and congenital upper limb amputations as well as the varying goals of medical devices.

Then Dr Bernhard Graimann from Ottobock put media catchphrases like, "High-tech prostheses, better than the original," to the test. Particularly in hand prosthetics, the natural model of artificial replication continues to be predominant.  "Prostheses can replace missing functions, but they are no substitute for a hand," said Graimann. Among other things, flexible adaptability and natural, effortless control are lacking. The latter was described by Graimann as "the really big bottle neck in the development of modern, multifunctional hand prostheses". More positive was the promising outcome of a joint research project between Ottobock and UMG, in partnership with the Technical University of Berlin and OT Bioelettronica. Graimann: "I can say that the outstanding control, which has come from this collaboration, is the best that there is at the moment for this type of prosthesis." Despite all the benefits that modern prostheses offer, they are not capable of giving sensory feedback. This leads to important sensations like temperature and texture being missing. To enable this in the future, there has to be an improvement in the man-machine interface.

Cornelia Hartmann, a colleague in Prof Farina's department as well as at Ottobock, responded to this topic in her talk. As well as limitations, such as with gripping delicate objects, the lack of sensory feedback frequently leads to phantom pain. This can be alleviated by new, artificial signals sent to the brain, so researchers are working intensively on possibilities for further application. One such application is the interface directly on the nerve, using special electrodes for example. For such an invasive approach though, surgery is necessary. There is also the danger that the connection would be unstable. Hartmann summarised this with the following: "Research is one thing, putting it into practice another."

Prof Oskar C. Aszmann, a plastic surgeon from the Medical University of Vienna, showed what is already possible today, despite all the challenges.   The specialist in the restoration of extremity functions has worked closely with Ottobock for years and has lectured in Göttingen on the opportunities and limitations of reconstructive medicine. In doing so, he impressed with examples from his surgical practice, where not only nerves, but entire hands are transplanted.

"The hand is valuable and we do everything we can to preserve it," said Aszmann. Though in some cases, even natural, dysfunctional hands are amputated and replaced with prostheses. The aim is to allow the patient more mobility and independence in their day-to-day life. This is a very personal decision, which the patient needs to make after thoroughly weighing up the pros and cons.

"Prosthetics does not just stop at the technical solution, it covers the whole person," summarised Prof Cornelius Frömmel, who has been the Founding Professor of Orthobionics since he received emeritus status. Ethical, scientific, technical, surgical and other aspects all need to be considered at the same time when it comes to prosthetic fittings. All those involved have one shared goal: the patient's happiness and well-being. Though naturally, the manufacturers, paying parties and medical professionals all speak different languages. All the more important in neuroprosthetics is interdisciplinary management.

 

"Without my prosthesis I really am disabled"

Reimbursement was a major theme at the following discussion. According to Dr Graimann, manufacturers like Ottobock need to always keep this in mind during all research activities. Prof Aszmann suggested how the problem of reimbursement is solved in other countries: "Many patients know the value of a hand. They prioritise, don't buy themselves a new car and pay for their fitting themselves."

In the audience there were some critical voices alongside the interested ones. One audience member asked about if an intact hand were to not be enough, and whether there would be boundaries regarding the prosthetic fitting. The boundary is defined by law, said Graimann: "Restoring basic needs, keeping cost effective – that's the small space we have to play with."

One user explained the importance of being fitted with a medical device: "Without my prosthesis I really am disabled." With those words, the wearer of a myoelectric arm prosthesis picked up on what Prof Frömmel had stressed beforehand: "Prosthesis users are not disabled, they are users of opportunities." And thanks to further technical development and the best possible individual fittings, these opportunities are there to be exploited.

 

 

 

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 Für die meisten Menschen ist es ganz selbstverständlich, mit den eigenen Händen schnelle, geschickte und zielgerichtete Bewegungen auszuführen, ohne auch nur darüber nachdenken zu müssen. Was aber passiert, wenn wir eine Hand oder einen Arm verlieren? Ein solcher Verlust kann sich sehr plötzlich ereignen, etwa durch einen Unfall oder, in vielen Teilen dieser Welt, durch eine Kriegsverletzung. Häufige Konsequenzen sind eingeschränkte Flexibilität und Selbstständigkeit, der Verlust des Arbeitsplatzes und neurologische Phänomene wie etwa Phantomschmerzen im verloreren Arm. Forscher versuchen seit vielen Jahren, Amputierten durch geeignete Neuroprothesen einen möglichst guten Ersatz für die ursprüngliche Hand (oder den Arm) zu bieten. Neuroprothesen sind Prothesen, die über das Gehirn gesteuert werden. In der Regel werden die Signale von verbleibenden Muskeln über Elektromyographie (EMG) abgenommen und in die Prothese eingespeist. Diese Methode funktioniert zuverlässig und ist in sehr viele kommerzielle Prothesen integriert. Ein Nachteil allerdings ist, dass die Bedienung nicht besonders intuitiv oder natürlich ist. Außerdem kann man nicht spüren, wenn etwa die Hand einen Gegenstand berührt. Neuere Forschungsansätze zielen darauf ab, genau diese Punkte zu verbessern, um die Lebensqualität von Amputierten zu steigern und ihnen das Gefühl zurückzugeben, dass sie eine eigene Hand besitzen. 


Beim öffentlichen Forum zum Thema „Kunstgriff Neuroprothetik“, das am Abend des 24. Oktobers stattfindet, werden Forscher aus Wissenschaft, Medizin und Wirtschaft über eben diese Themen sprechen. In anschaulichen, allgemeinverständlichen Kurzvorträgen werden die Experten verdeutlichen, weshalb wir Neuroprothetik brauchen, was bereits erreicht wurde und wonach wir streben. Dabei werden diese interdisziplinären Themen sowohl von der klinischen als auch von der neurotechnologischen Seite beleuchtet. Nach den Vorträgen soll es eine angeregte Diskussion mit dem Publikum geben, erst im Plenum und dann beim anschließenden Sektempfang.


Die Veranstaltung findet anlässlich des DEMOVE-Symposiums der UMG-Organisationseinheit Neurorehabilitationstechnik statt. Sie richtet sich an ein breites Publikum und und hat sich zum Ziel gesetzt, das Thema Neuroprothetik stärker in den öffentlichen Fokus zu rücken. Mit einem anschaulichen Programmverlauf möchte die Organisationseinheit Neurorehabilitationstechnik das Interesse für anspruchsvolle medizinische Eingriffe und die faszinierende Welt der Neurotechnologie wecken und stärken.


Die Veranstaltung findet statt am Freitag, dem 24. Oktober 2014, von 19:15 bis etwa 21:00 Uhr im Alfred-Hessel-Saal, Papendiek 14, in Göttingen statt. 


Veranstalter: Prof. Dr. Dario Farina, Organisationseinheit Neurorehabilitationstechnik, Universitätsmedizin Göttingen, www.nre.bccn.uni-goettingen.de


Programm:

I. Prof. Dr. Frank Braatz, Private Fachhochschule und Universitätsmedizin Göttingen: „Erworbene und angeborene

Amputationen der oberen Extremität - Ursachen, Ziele der Hilfsmittelversorgung und Fall-Beispiele“

II. PD Dr. Bernhard Graimann, Otto Bock Healthcare GmbH, Duderstadt: „Von der Prothetik zur Neuroprothetik“

III. Prof. Dr. Oskar Aszmann, Plastische und Wiederherstellende Chirurgie, Medizinische Universität Wien:

„Bionische Rekonstruktion der Oberen Extremität“

IV. Dipl.-Ing. Cornelia Hartmann, Neurorehabilitationstechnik, Universitätsmedizin Göttingen:

„Prothesen, die mitfühlen: Der Griff in die Zukunft“

V. Prof. Dr. Cornelius Frömmel, Gründungsprofessur Orthobionik, Universitätsmedizin Göttingen:

„Interdisziplinarität in der Neuroprothetik“


Moderation: Dr. Meike Schweisfurth, Neurorehabilitationstechnik, Universitätsmedizin Göttingen