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  • Amputierter Patient übt mit VR-Brille | © Pohlig GmbH
    Forschung & Entwicklung
    Virtuelle Realität bei Phantom-
    schmerzen

Das Gehirn austricksen

Virtuelle Realität zur Behandlung von Phantomschmerzen

Stechen, Kribbeln, Zucken. Nach einer Amputation treten nicht selten Schmerzen im fehlenden Körperteil auf. Das Phänomen Phantomschmerz stellt die Medizin und Wissenschaft bis heute vor ungeklärte Fragen. Eingesetzte Medikamente sind in vielen Fällen nur wenig effektiv. Wir finden, es wird Zeit neue Behandlungsmethoden zu erforschen.

Man schätzt, dass 50-80% aller amputierten Menschen im Laufe ihres Lebens Phantomschmerzen empfinden. Die direkte Ursache ist nach wie vor unbekannt. Allerdings lassen aktuelle Studien, die mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) durchgeführt wurden, vermuten, dass Phantomschmerzen nach einer Amputation durch eine schlechte Reorganisation der Schmerzbahnen im Gehirn verursacht werden können. Man nimmt an, dass Therapien, die auf eine Neustrukturierung der Schmerzbahnen abzielen, eine Schmerzlinderung bewirken können.1

Ein Beispiel für eine solche Therapie ist der Einsatz von Virtueller Realität (VR).  Dabei handelt es sich um eine computergenerierte Wirklichkeit, die dreidimensional in dafür vorgesehenen Räumen oder über eine spezielle VR-Brille übertragen wird. Im Falle eines amputierten Patienten können mit Virtueller Realität Bewegungen der fehlenden Gliedmaße simuliert werden. Dazu wird ein Bild der fehlenden Gliedmaße in die VR-Umgebung projiziert. Der Patient muss nun mit seiner virtuellen Hand verschiedene Aufgaben lösen. Durch Muskelkontraktionen im Stumpf, die durch ein Sensorarmband erfasst werden, lässt sich die Bewegung der virtuellen Hand steuern. Das Agieren in einer Virtuellen Realität bewirkt beim Patienten, dass er sich zunehmend mit der fiktiven Welt identifiziert bzw. in eine Scheinwelt eintaucht, in der er zwei gesunde Hände hat.

Beidseitig amputierter Armprothesen-Patient | © Pohlig GmbH
Armprothesen-Patient taucht in Virtuelle Realität ein | © Pohlig GmbH

Es gibt verschiedene Ansätze, die erklären, weshalb Virtuelle Realität Schmerzen lindern kann. Im Rahmen einer Studie zum Thema Verbrennungsverletzungen entdeckte man z.B. beim Einsatz von VR eine geringere Aktivierung der Hirnregionen, in denen die Schmerzempfindung entsteht. In diesem Fall fungierte die Virtuelle Realität als „Ablenkung“ vom akuten, intensiven Schmerz.

Bei chronischen Schmerzen wie Phantomschmerzen nimmt man an, dass Virtual Reality die Schmerzbahnen im Gehirn, die durch eine Amputation zerstört wurden, neu ordnen kann. Der Erfinder der Spiegeltherapie Vilayanur S. Ramachandran vermutet, dass das Gehirn nach einer Amputation nach wie vor Signale an die fehlende Gliedmaße sendet, allerdings keine Signale von dort an das Gehirn zurückgeleitet werden. Er kommt zu dem Schluss, dass Phantomschmerzen entstehen, weil das Gehirn durch die fehlenden Signale verwirrt ist und sich nicht an die physiologische Veränderung des Körpers anpassen kann.6

Virtual Reality: Armprothesen-Patient greift nach virtuellem Gegenstand | © Pohlig GmbH

Die Idee hinter der Spiegel- und der VR-Therapie ist, dass alleine das Sehen einer virtuellen Gliedmaße hilft, die Gehirnareale, die für die Körperwahrnehmung zuständig sind, neu zu trainieren (somatosensorischer Cortex).7

In anderen Worten: Wenn der Patient die virtuelle Hand sieht und bewegt, erhält sein Gehirn das Signal, dass eine Hand vorhanden ist – was wiederum die Schmerzbahnen im Gehirn, die zerstört wurden, reorganisiert (die Nervenzellen verknüpfen sich neu).

Das Gehirn speichert also die Muskelsignale, die beim Bewegen der virtuellen Hand gesendet werden, neu ab. Auf diese Weise entsteht nach und nach eine neue Abbildung der Hand im Gehirn – einer gesunden Hand ohne Schmerzen.

Armprothesen-Patient mit VR-Brille | © Pohlig GmbH
Erste Ergebnisse

Die VR-Therapie zur Behandlung von Phantomschmerzen ist noch relativ jung. Dennoch zeigen wissenschaftliche Studien schon jetzt, dass sie das Potenzial besitzt die Intensität von Phantomschmerzen zu verringern und sowohl kurz- als auch langfristige Auswirkungen auf die Schmerzreduzierung zu haben.2-5

Darüber hinaus berichten Teilnehmer einer Studie über Virtuelle Realität für Phantomschmerzpatienten, dass sie die Therapie als realistisch, hilfreich und unterhaltsam empfinden und mit dem Ergebnis zufrieden sind.5 Aufgrund ihrer Wirksamkeit in der Praxis und des hohen Grades an Individualisierung befürworten zudem zahlreiche Experten die VR-Therapie zur Phantomschmerzbehandlung.1

Virtuelle Realität wird über eine VR-Brille übertragen | © DLR

Wir suchen dich

Nimm an unserem Forschungsprojekt teil!

Pohlig und das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) arbeiten gemeinsam an einem Forschungsprojekt, das Virtual Reality als geeignete Therapiemethode für Phantomschmerzpatienten untersucht, die am Arm amputiert wurden.

Um die Studie durchführen zu können, suchen wir Patienten, die uns dabei unterstützen. Falls du an Phantomschmerzen leidest und die VR-Therapie ausprobieren möchtest, melde dich gerne bei uns! Eine Einheit dauert 60 min und findet ca. zwei- bis dreimal pro Woche statt. Die Therapie erstreckt sich über 4-6 Wochen.

Forschungsprojekt VVITA

Die virtuelle Hand trainieren

In unserem täglichen Leben sind wir auf die Verwendung unserer Hände angewiesen. Autos, Smartphones, Elektrogeräte: Alles funktioniert per Fingerberührung oder Handgriff. Daher kann selbst ein Teilverlust der Hand- oder Armfunktion zu Beeinträchtigungen im sozialen und beruflichen Leben, Phantomschmerzen oder Depressionen führen.

Nach einer Amputation kann Virtuelle Realität (VR) im Rahmen der Rehabilitation nützliche Dienste leisten: Für Menschen mit Einschränkungen der oberen Extremitäten ist das Eintreten in ein virtuelles Umfeld eine vielversprechende Technologie, die sogar Phantomschmerzen lindern kann. Der zentrale Ansatzpunkt der VR-Therapie liegt darin, die Nutzer durch Spiele und Aktivitäten in eine virtuelle Welt einzubinden (Immersion), in der sie ihre fehlenden oder beeinträchtigten Gliedmaßen wieder voll funktionsfähig erleben können.

Um zu erkennen, welche Handlungen der amputierte Benutzer in der virtuellen Umgebung ausführen möchte, trägt er an seinem Stumpf ein Sensorarmband. Darin wandelt ein lernfähiges System die Muskelsignale in Steuerbefehle für eine virtuelle Nachbildung der entsprechenden Gliedmaße um. Sowohl der Nutzer als auch der Therapeut können dem System jederzeit neue Muster beibringen und dabei instabile Signale korrigieren bzw. Anpassungen an neue Aktionen vornehmen.

Pohlig-Mitarbeiterin testet die Bewegung einer virtuellen Hand | © DLR
Virtual Reality im Bereich Armprothetik | © DLR

In der virtuellen Umgebung (z.B. in einer Küche, als Auto- oder Radfahrer auf der Straße etc.) kann der Benutzer eine voll funktionsfähige Darstellung seiner beeinträchtigten Extremität steuern. Die Steuerung der beabsichtigten Bewegung basiert auf den eigenen Muskelsignalen. Das Lernsystem erkennt die Signale und ermöglicht eine intuitive Gestensteuerung, mit welcher sowohl die Art der Geste als auch die Greifkraft geschätzt wird. Durch den Effekt der Immersion entsteht ein Vertrauen in die virtuelle Gliedmaße.

Ziel des Forschungsprojektes VVITA ist es, Patienten zu rekrutieren, sie die gewünschten Übungen in Virtueller Realität durchführen zu lassen und anschließend Daten und Statistiken zu sammeln, um die Wirksamkeit des Ansatzes in den ausgewählten Anwendungsgebieten (Phantomschmerzbehandlung, Rehabilitation, Prothesengebrauchstraining etc.) eindeutig zu belegen.

 

Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) Institut für Robotik und Mechatronik

Bildernachweis: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Quellenverzeichnis

1. Limakatso, K., & Parker, R. (2021). Treatment Recommendations for Phantom Limb Pain in People with Amputations: An Expert Consensus Delphi Study. https://doi.org/10.1002/pmrj.12556

2. Kulkarni, J., Pettifer, S., Turner, S., & Richardson, C. (2020). An investigation into the effects of a virtual reality system on phantom limb pain: a pilot study. British Journal of Pain, 14(2), 92. https://doi.org/10.1177/2049463719859913

3. Osumi, M., Inomata, K., Inoue, Y., Otake, Y., Morioka, S., & Sumitani, M. (2019). Characteristics of Phantom Limb Pain Alleviated with Virtual Reality Rehabilitation. Pain Medicine, 20(5), 1038–1046. https://doi.org/10.1093/PM/PNY269

4. Rutledge, T., Velez, D., Depp, C., McQuaid, J. R., Wong, G., Jones, R. C. W., Atkinson, J. H., Giap, B., Quan, A., & Giap, H. (2019). A Virtual Reality Intervention for the Treatment of Phantom Limb Pain: Development and Feasibility Results. Pain Medicine (United States), 20(10), 2051–2059. https://doi.org/10.1093/PM/PNZ121

5. Lendaro, E., Hermansson, L., Burger, H., van der Sluis, C. K., McGuire, B. E., Pilch, M., Bunketorp-Käll, L., Kulbacka-Ortiz, K., Rignér, I., Stockselius, A., Gudmundson, L., Widehammar, C., Hill, W., Geers, S., & Ortiz-Catalan, M. (2018). Phantom motor execution as a treatment for phantom limb pain: Protocol of an international, double-blind, randomised controlled clinical trial. BMJ Open, 8(7). https://doi.org/10.1136/BMJOPEN-2017-021039

6. Ramachandran, V.S. & Rogers-Ramachandran D. (1996). Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 22(263), 377-386.

7. Hoffman, H. G., Boe, D. A., Rombokas, E., Khadra, C., LeMay, S., Meyer, W. J., Patterson, S., Ballesteros, A., & Pitt, S. W. (2020). Virtual reality hand therapy: A new tool for nonopioid analgesia for acute procedural pain, hand rehabilitation, and VR embodiment therapy for phantom limb pain. Journal of Hand Therapy, 33(2), 254–262. https://doi.org/10.1016/j.jht.2020.04.001

Weitere Infos: Nissler, C., Nowak, M., Connan, M., Büttner, S., Vogel, J., Kossyk, I., & Castellini, C. (2019). VITA—An everyday virtual reality setup for prosthetics and upper-limb rehabilitation. Journal of neural engineering, 16(2), 026039. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/aaf35f/meta