Im Laufe mehrerer Monate wuchs jedes Faszikel in den Muskel hinein und versorgte ihn erneut mit Nervensignalen. Durch die Platzierung einer Elektrode in dem kleinen Muskel-Nerven-Bündel konnten Wissenschaftler in Echtzeit aufzeichnen, welche Nervensignale von jedem Faszikel kamen. „Anstatt zu versuchen, winzige Nervensignale aufzuzeichnen, können Sie dann diese enorm verstärkten Muskelsignale aufzeichnen“, sagt Cederna. „Dieses kleine Muskelstück fungiert als Bioverstärker, und jetzt kann man hören, was ein Nerv sagt.“
Ortiz-Catalans Gruppe lernte diese Technik von Cederna und beschloss, sie zu erweitern. Zusätzlich zur Verwendung von Muskeltransplantaten aus anderen Körperteilen (in ihrem Fall dem Bein) beschlossen sie, einige der präparierten Nervenbündel in bestehende Muskeln im Arm umzuleiten. Diese als „gezielte Muskelreinnervation“ bekannte Technik der Übertragung von Nerven auf vorhandene Muskeln wurde bereits früher zur Unterstützung der prothetischen Kontrolle eingesetzt. Die Kombination beider Strategien, sagt Ortiz-Catalan, verschaffte ihnen „das Beste aus beiden Welten“ – mehr elektrische Nervensignale, die in verschiedene Bewegungen umgesetzt werden konnten.
Um all diese Nerveninformationen an eine tatsächliche Prothese zu senden, verbanden Ortiz-Catalan und das Team die implantierten Elektroden mit einem Titanimplantat, das in den Oberarmknochen des Patienten gebohrt wurde. Das Implantat ermöglichte eine bidirektionale Kommunikation zwischen Elektroden im Körper und der externen Prothese. Das war keine Kleinigkeit: Beginnend mit dem Bohren des Implantats dauerte der gesamte Prozess über sechs Monate, einschließlich einer zwölfstündigen Operation zur Neuverlegung aller Nerven.
Sobald alles an Ort und Stelle war, konnten die Wissenschaftler überwachen, wie ihr implantiertes Elektrodensystem mit der Prothese kommunizierte. Zunächst verfolgten sie die elektrischen Signale jeder implantierten Elektrode. Während die Signale zunächst verschwommen waren, wurden sie viel stärker. Laut Jan Zbinden, Doktorand im Labor von Ortiz-Catalan und Co-Autor der Studie, bedeutete dies, dass sich die Nervenfasern erfolgreich in ihre jeweiligen Muskeln integrieren und diese mit ausreichenden Signalen versorgen.
Mithilfe maschineller Lernalgorithmen konnten die Wissenschaftler diese Signale bestimmten Bewegungen zuordnen, die der Patient ausführen wollte – zum Beispiel dem Öffnen seiner Hand oder dem Anheben des Zeigefingers. Jede Bewegung könnte dann in die Prothese programmiert werden, sodass jede Art von elektrischem Signal die entsprechende Bewegung im künstlichen Glied auslösen würde.
Etwa vier Monate nach der Operation war der Patient in der Lage, grundlegende Bewegungen wie das Beugen des Handgelenks und das Öffnen der Hand sowie das Bewegen jedes einzelnen Fingers auszuführen. Nach etwas mehr als einem Jahr stellten die Wissenschaftler fest, dass der Patient seine Prothese intuitiv bewegen konnte. Das bedeutete, dass er sich nicht jede Bewegung als einen mehrstufigen Vorgang vorstellen musste, sondern dass er einfach an die Bewegung denken, versuchen konnte, sie auszuführen, und schon passierte sie. „Wenn Sie denken müssen: ‚Bizeps, Trizeps – öffnen Sie‘. „Nähe Hand“ erzeugt eine kognitive Belastung“, sagt Zbinden. „Es ist etwas schwieriger, als zu denken: ‚Oh, jetzt möchte ich meinen Daumen bewegen.“
Heute, mehr als zwei Jahre nach dem Eingriff, sagt Zbinden, dass der Patient die Prothese immer noch verwendet: „Derzeit kann er die Hand öffnen und schließen, die Hand drehen, den Ellenbogen beugen und strecken, und das alles, indem er darüber nachdenkt.“
Diese Prothesenplattform, bei der der Patient alle fünf Finger unabhängig voneinander bewegen kann, sei „sehr aufregend und stellt etwas ganz Neues dar“, sagt Oskar Aszmann, ein plastischer Chirurg an der Medizinischen Universität Wien in Österreich, der nicht an der Studie beteiligt war. Er ist gespannt, ob diese Plattform eines Tages drahtlos werden kann – was aufgrund der schieren Menge an Informationen, die über die Elektroden und Prothesen hin und her übertragen werden, schwierig ist. Sowohl er als auch Cederna weisen jedoch darauf hin, dass die Ergebnisse bei anderen Patienten wiederholt werden müssen.
Ortiz-Catalan und Zbinden stimmen zu. Sie verfeinern die Prothesenplattform weiter und sind an der Erweiterung interessiert sensorisches Feedback. In der Zwischenzeit freuen sie sich jedoch darauf, mit ihrem Patienten am nächsten Cybathlon teilzunehmen. „Er ist ein Typ, der Dinge mit seinen Händen macht“, sagt Ortiz-Catalan. „Er hat einen sehr körperlichen Job, arbeitet in einer Werkstatt und zu sehen, wie er das Gerät in seinem täglichen Leben nutzt – zu sehen, dass die Verbindungen funktionieren und wie die Funktion zunimmt – das ist eines der lohnendsten Dinge, die wir haben.“