Wissenschaft

SchrittmacherFunktionsweise desGehroboters NeuroRex

1 Über eine EEG-Kappe werdendie elektrischen Muster der Hirn-aktivität gemessen und an einenComputer in der Nähe gefunkt.

2 Eine Software wertet dieMuster aus und sendet darausgewonnene Steuersignale zurückan das Exoskelett.

3 Elektromotoren setzen denRoboter in Bewegung und haltenautomatisch das Gleichgewichtohne den Einsatz von Krücken.

EEG-KappeEEG-Kappe

BatterieundElektromotor

Als Kind träumte Steve Holbert da-von, wie ein Vogel zu fliegen. Derdrahtige Texaner wurde zunächst

Fallschirmspringer, später Pilot. An einemHerbsttag im Jahr 2009 hob er wieder ein-mal ab, diesmal mit seinem Motocross-Rad. Er sprang über eine Bodenwelle. Alser aufsetzte, lag eine kaputte Maschinevor ihm – ausweichen unmöglich.

Als Holbert wieder zu sich kam, hingenzwei Fremdkörper an seinem Hintern: sei-ne Beine. Die Brustwirbelsäule war ge-quetscht – Querschnittslähmung.

Doch neuerdings steht der Roll -stuhlfahrer wieder auf und geht. Beijedem Schritt surren Motoren undquietschen Gelenke. Der Mitt -fünfziger ist in einem Gehroboter festgeschnallt, einem Zwanzig-Kilo-Ungetüm im Terminator-Design, einem sogenannten Exoskelett namens „NeuroRex“.

Das Besondere daran: Holbertsteuert die Stahlbeine allein mitder Kraft seiner Gedanken –ohne Hebel, ohne Sprachbefeh-le, ohne Krücken. Der Trick: Erhat eine „Brain Cap“ auf, eineArt Badekappe mit 64 Elektro-den, die seine Hirnströme mes-sen. Denkt er ans Laufen, läuftdie Maschine für ihn, mit ihm.Denkt er: „Füße, haltet an“,stoppt der Roboter.

„Als ich die ersten Schrittemachte nach dem Unfall, wardiese Freiheit so schön wiemein erster Fallschirmsprung“,sagt er. „Ohne Steve wären wir nichtso weit gekommen“, sagt Jose LuisContreras-Vidal mit ratterndem, spa-nisch eingefärbtem Englisch: „Als Pilotkennt er sich gut mit der Steuerungkomplizierter Maschinen aus.“

Der schmale Mann ist Professor fürIngenieurwissenschaften an der Uni-versity of Houston; hier nennt ihn jeder nur Pepe. In seinem Labor imvierten Stockwerk eines gesichtslo-sen Zweckbaus basteln Assistentenan künstlichen Händen, eine Studen-tin analysiert die Hirnströme vonBalletttänzern.

Pepe wuchs in der nordmexikani-schen Stadt Monterrey auf. EinesTages fiel seine Mutter nach einem

Schlaganfall ins Koma. Er entschied sich,Neurologe zu werden. Heute ist sein hirn-gesteuerter Gehroboter der Konkurrenzetliche Schritte voraus.

Seit wenigen Jahren überbieten sichProthesenentwickler weltweit mit Erfolgs-meldungen: Der Autobauer Honda unter-stützt Arbeiter, die oft in die Knie gehenmüssen, mit Roboterbeinen; der Rüstungs-konzern Lockheed Martin bastelt an ei-nem Muskelverstärker („Hulc“), der Sol-daten das Schleppen zentnerschwerer Las-ten erlauben soll; die israelische Firma

Argo hat ReWalk entwickelt, motor-getriebene Beinschienen, mit de-nen die gelähmte GeländereiterinClaire Lomas voriges Jahr einenMarathon hinter sich brachte –nach 17 Tagen erreichte sie mitihren Hightech-Krücken das Ziel.„Das Traumziel wäre, dass man

irgendwann einfach in einen Sport-laden gehen kann, um sich einExoskelett zu kaufen“, schwärmtRuss Angold, ein Mitgründervon Ekso Bionics in Richmond,Kalifornien. „Das sind die Jeansder Zukunft.“

Derlei euphorisches Klappern gehörtin der Exoskelett-Branche zum Handwerkwie das Surren und Quietschen ihrer Geh-gestelle. Gern beschwören sie biblischeSzenen: die Heilung des Gelähmten (Mat-thäus 9, 6-7) oder sogar die Auferstehung.

Schon in der Vergangenheit gab es der-lei Cyborg-Experimente. 1965 stellte dieFirma General Electric den „Hardiman“vor, einen metallischen „Menschenver-stärker“, der Soldaten das Heben von 15Zentner schweren Bomben erlauben soll-te. Der Nachteil: Das Gerät selbst wogebenso viel. Es ging nie in Serie.

Angeheizt wird der heutige Boom derExoskelette durch neue Bauteile aus Kar-bonfasern, kraftvolle Lithiumbatterien,schnelle Prozessoren. Gleichzeitig nimmtdie Nachfrage nach hochwertigen Prothe-sen zu, weil viele Soldaten verstümmeltaus Afghanistan und dem Irak zurück-kehren. Und schließlich grassieren die Al-terskrankheiten Übergewicht, Diabetes,Schlaganfall.

„Exoskelette werden vielleicht nie dazutaugen, den Rollstuhl zu ersetzen; mit demNeuroRex schaffe ich nur 120 Meter proStunde“, sagt Eugene Alford, ein bärbei-ßiger Mann mit breitem texanischem Ak-zent. Und nach zwei Stunden machen dieBatterien schlapp.

Alford ist der wohl bekannteste Schön-heitschirurg von Texas. Er sitzt in PepesLabor, weil er an einem kühlen Sonntagim Winter 2007 seine Ranch verschönernwollte. Er setzte sich in seinen orange -roten Traktor und rammte absichtlicheine alte Eiche, um sie zu fällen. Der obe-re Teil des Baums stürzte in die falscheRichtung. Eine halbe Tonne Holz krachteauf seinen Rücken, presste ihn gegen dasLenkrad, zerquetschte ihm Schlüsselbein,Schulter, acht Rippen – und sein Rückgrat.Seitdem sitzt er mit gelähmten Beinenim Rollstuhl.

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Dem Hirn Beine machenRoboterprothesen ermöglichen Gelähmten, wieder zu gehen. Die

neuesten Geräte lassen sich sogar mit Gedanken steuern.Doch zuweilen entwickeln die Exoskelette einen eigenen Willen.

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EEG-Kappe, „NeuroRex“-Erfinder Contreras-Vidal:

In über 300 Sitzungen schnallte er sichin ein Exoskelett, um das Verkümmernseiner Beine zu verhindern. Heute ope-riert er wieder Patienten, während er aufeinem Spezialrollstuhl sitzt.

„Mit dem Exoskelett bin ich höher alsim Rollstuhl, das ist psychologisch enormwichtig“, sagt Alford. „Bei Stehpartysschaue ich meinen Gesprächspartnernnicht in den Schritt, sondern ins Gesicht,und beim Kochen kann ich in den Topfgucken.“

Doch die vielleicht wichtigste Verbes-serung durch ein Exoskelett sei gar nichtdas Gehen, sondern der Stuhlgang: Durchdie aufrechte Bewegung verbessere sichdie Verdauung, ein chronisches Problembei vielen Rollstuhlfahrern: „Ich fühlemich nicht mehr ständig so voll, sondernkann wieder ein üppiges Thanksgiving-Dinner essen.“

Schon mehrfach hat der Schönheits -chirurg Pepes Hirnkappe aufgesetzt, umdie Roboterbeine zu testen. „Als ich dieersten Schritte machte, war das wie Ma-gie“, erinnert sich Alford. „Aber dreiTage später ging gar nichts mehr, die Ma-schine hörte nicht mehr auf zu laufen, ichverlor die Kontrolle – der Horror.“

Doch wenn die Hirnsteuerung noch un-zuverlässig ist, wieso setzen die Entwick-ler nicht einfach auf die Sprachsteuerung?„Die Steuerung über Hirnströme er-scheint mir natürlicher, wie beim gesun-den Körper“, sagt Alford. „Einerseitssteuere ich die Prothese, andererseitswirkt die Interaktion auf mich zurück undtrainiert mein Bewegungszentrum im Ge-hirn wie eine mentale Massage.“

Exoskelette sind teuer, oft kosten sieüber 100000 Euro. Die Krankenkassenzögern, die Kosten zu übernehmen. DerNeurochirurg Robert Grossmann vomMethodist Hospital in Houston plant nuneine der ersten Studien zur medizinischen

Wirkung der Gehroboter. „Exoskelettesind sicher kein Allheilmittel, und sie sindnicht für jeden geeignet“, sagt Gross-mann. „In zwei Jahren hoffe ich belast-bare Daten zu haben.“

Wie also fühlt es sich an, Pepes Lauf-roboter zu steuern, allein mit der Kraftder Gedanken? Wer mit der Roboterpro-these gehen will, muss zunächst die Hirn-kappe aufsetzen; kalt glibbert das leiten-de Gel der Elektroden auf der Kopfhaut.Immer wieder muss die Kappe nachjus-tiert werden. Erst nach einer Stunde wer-den die Beine festgezurrt.

Dann beginnt die Trainingsphase, derRoboter stapft ferngesteuert herum. Pepeund seine Assistenten zeichnen die Hirn-strommuster des Probanden auf. Wer ansGehen denkt, produziert andere Hirnwel-len als derjenige, der an Stehen denkt.

Mit etwas Übung gelingt es, die Kon-trolle zu übernehmen. Plötzlich surrendie Beinprothesen, das Exoskelettschwankt nach rechts, drückt das eineBein vor, macht mit dem MenschenSchritte wie mit einer Marionette.

Bald gelingt es auch, den Roboter perGedankenbefehl zum Stehen zu bringen.Die Maschine stoppt. Nach und nach füh-len sich die Stahlbeine fast an wie einTeil des eigenen Körpers, allerdings klo-big wie ein eingeschlafener Fuß.

Immer wieder versagt die Softwarebeim Interpretieren der Hirnströme. DieLaufprothese soll stoppen, doch Neuro-Rex stapft einfach weiter. Pepe drücktden roten Notknopf, erst jetzt bleibt derRoboter wie angewurzelt stehen.

Selbst wer das Gerät gut mit seinen Ge-danken zu steuern vermag, erreicht nurschwerlich eine Trefferquote von 70 Pro-zent der gedachten Befehle. Viel mehr seiderzeit sogar für gut eingespielte Mensch-Maschine-Teams nicht drin, sagt Jose LuisContreras-Vidal.

„Das Gehirn ist eine komische Krea-tur“, sagt Steve Holbert, der Pilot. Allepaar Tage trainiert er im Labor die Ge-dankensteuerung der Stahlbeine. Es erin-nert ihn ans Training mit der Boeing 737.

Dabei staunt er immer wieder, wie we-nig Kontrolle er über sein eigenes Gehirnhat: „Manchmal konzentriere ich michzu sehr, dann erkennt der Roboter meineSignale nicht mehr.“

Dann plaudert er ein wenig mit Pepe,um sich abzulenken. Wenn er lockerlässt,läuft es wieder rund. Erst der partielleKontrollverlust gibt ihm die Kontrolle zurück.

„Ich würde mit einem Exoskelett nichtunbedingt am Rand des Grand Canyonspazieren gehen“, sagt Holbert, „nochnicht.“ H&()*# S+,)-.!/

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Video: So funktioniert dasExoskelettspiegel.de/app222013exoskelett oder in der App DER SPIEGEL

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