Ich habe mir nun also diese ARTE-Sendung “Leben mit Hightechprothesen – Hoffnung für Körper und Seele”¹  angesehen.

Nachfolgend dazu einige Anmerkungen und Kommentare.

Zeit ist ein ganz entscheidender Faktor

Wie rasch wird das Gegenüber eingeschätzt?

„Die Begegnung von Fremden ist ein Ereignis ohne Vergangenheit. Meistens ist es auch ein Ereignis ohne Zukunft […] Wie die Spinne, deren ganze Welt in dem Netz eingeschlossen ist, das sie aus ihrem eigenen Hinterleib spinnt, ist der einzige Halt, auf den Fremde bei ihrer Begegnung zählen können, aus dem dünnen und lockeren Garn ihres Aussehens, ihrer Worte und Gesten gewoben.“ (Zygmunt Bauman, Liquid Modernity)

Bei einer Begegnung zwischen zwei Menschen dauert es typischerweise gerade mal einen Augenblick, bis ein erster Eindruck entstanden ist.

Dabei können persönliches / individuelles Aussehen, Gesichtsausdruck, Körperhaltung, Kleidung, Bewegungen und sichtbare körperliche Besonderheiten aber auch Körpergrösse und anscheinende/zur Schau getragene wie aber auch effektive Intelligenz offenbar eine Rolle spielen [1, 2]. Eine Armprothese ist dabei keinesfalls einfach ein Werkzeug, wie schlecht es auch funktionieren mag, sondern auch ein Gegenstand, der von anderen Menschen wahrgenommen, interpretiert und – sofort – bewertet wird.

Ich stand an einer Tankstelle an der Kasse, trug ein sauberes, gebügeltes, gestreiftes Hemd und darunter eine Armprothese mit einer hautähnlich wirkenden Kunststoffkosmetik über der Prothesenhand. Die Person hinter mir begann unaufgefordert ein Gespräch, gratulierte mir dazu, dass die Hand „fast echt“ aussehe. Sie fand sie zwar gut gemacht, meinte jedoch zugleich, man sehe natürlich trotzdem, dass es eine Prothese sei. An derselben Tankstelle hatte ich zuvor schon oft im weissen Trägerunterhemd, mit einer Eigenkraftprothese mit Haken und einer abgetragenen Lederjacke gestanden. Nie sprach mich jemand darauf an. Die Menschen in der Schlange waren sehr freundlich und höflich – und niemand machte seltsame Bemerkungen. Trug ich die angeblich sozial verträglichere und Compliance vermittelnde Prothesenhand, waren andere in der Frage des Dialogs gefangen, ein grosser nicht verbalisierter Abstand wurde manifest, man bediente mich in Wartesituationen länger als andere nicht. Dasselbe war mir bei Tragen der einfachen Split Hook Prothese kaum passiert. 

Eine mechanische Hakenprothese, die in Echtzeit robust und zuverlässig funktioniert mit einem entspannt wirkenden Benutzer, eine hautfarbene kosmetische Handprothese mit dem gestresst wirkenden schwitzenden und nervös drein schauenden Benutzer, oder eine moderne, technisch aufwendige, laut surrende, seltsame aussehende und fast durchwegs nicht zuverlässig funktionierende myoelektrische Hand mit einem eigentümlich verspannt vor sich hin lächelnden Benutzer, alle diese Varianten vermitteln sehr unterschiedliche und durchaus teilweise spannungsreiche Eindrücke, auch für die flüchtige Begegnung im öffentlichen Raum. Das bedeutet dann eben gerade nicht, dass diese Eindrücke etwas zuverlässiges über die Persönlichkeit, die Fähigkeiten oder die tatsächliche Lebensqualität des Prothesenträgers aussagen.

In meiner Einschätzung ist der erste Blick anderer Personen auf den Armamputierten und seine allgemeine Haltung, Ausstrahlung mehr als auf ein Gerät, eine Prothese. Ist diese Haltung völlig entspannt und unaufgeregt, dann ist weiteres Hinsehen kaum nötig, denn was soll schon sein. Dann ist der Rest normalen Mitmenschen meist ganz egal. Normale andere Menschen lassen von weiterem Hinsehen dann ab, kümmern sich wieder um ihre eigenen Dinge. Aber sind da allzu schwerwiegende Eindrücke, allzu grosse Abweichungen von der eigenen  Alltagserfahrung, ergeben sich im ersten Eindruck vielleicht auch Dissonanzen, Spannungen, Übertreibungen, oder scheint der soziale Anspruch irgendwie so gar nicht zum Eindruck zu passen, dann bleibt der Armamputierte weiter “interessant” oder stresst irgendwie, zieht den Blickenden bis zum Starren in seinen Bann, visuell, dann wird die betrachtende hinsehende Person fast nicht darum herum kommen, weiter hinzusehen, starrt irgendwann, und die Sache nimmt ihren Lauf.

Eine Hand, die wie eine menschliche Hand aussieht, würde demnach intuitiv für leistungsfähiger gehalten als ein einfacher Metallgreifer. Technisch dürfte meist aber das Gegenteil zutreffen. Die sichtbare Ähnlichkeit mit einer menschlichen Hand sagt für sich nichts darüber aus, wie rasch, zuverlässig und präzise ein Gegenstand gegriffen werden kann. Wer die Technologie kennt, weiss aber vielleicht sogar, dass die Sache ganz anders liegt als es dargestellt werden soll – das sündteure Orthopädietechniktheater versus echte Funktion. Wer im Theater mitmacht, ist vielleicht Schauspieler.

Für den Prothesenträger selbst kann entscheidend sein, ob er seine Tätigkeit ohne Unterbrechung fortsetzen kann. Ob die Prothese einen Ausschlag verursacht, rasch kaputt geht, repariert werden kann, zuverlässig funktioniert. Hier treffen auch unterschiedliche Bewertungssysteme aufeinander: die soziale Wahrnehmung eines Hilfsmittels und seine tatsächliche Gebrauchstauglichkeit, woraus zwangsläufig Diskrepanzen entstehen. Die eigene Hoffnung gegen die nüchterne Sicht der anderen. So könnte der Träger des orthopädietechnischen Techniktheaterversprechens vielleicht ganz begeistert und in einer eigenen verdrehten Welt, in der das alles so toll ist, ganz entrückt und schwärmend beseeelt sein,  während der Betrachter von aussen einen vielleicht halbwegs netten aber doch in dieser Sache verirrten Behinderten mit einer nicht wirklich funktionierenen sehr teuren und seltsam aussehenden Apparatur zu erkennen meint – so dass auch hier letztlich eine Diskrepanz entsteht. Siehe etwa den Text zu Moris Uncanny Valley [link].

Die erste Einschätzung einer armamputierten Person wird daher auf einer bemerkenswert oberflächlichen Wahrnehmung beruhen. Ich finde es da interessant, wie stark die öffentliche Darstellung moderner Armprothesen auf deren angeblich wichtigem Aussehen und die damit verbundenen Erwartungen ausgerichtet ist. Dabei sind es teils andere Aspekte, auch eine Art Zusammenspiel, die hier das Thema umreissen dürften.

Dazu kommt der bisher wohl unbeleuchtete Aspekt “menschlicher Wärme”, wobei nach soziologisch trennscharfer Unterscheidung hier zwischen anscheinender Freundlichkeit mit Lächeln als ein Aspekt dieses Begriffs von “Wärme” der je nach Kultur fast wichtigere Teilaspekt einer hier auch visuell stark vermittelten “Ehrlichkeit” als mitgelieferte Grundvoraussetzung einer sozialen Begegnung zu nennen wäre [link].

Wissenschaftliche Literatur über die Akzeptanz von Armprothesen zeigt, dass funktionelle, persönliche und soziale Faktoren gemeinsam berücksichtigt werden müssen. Biddiss und Chau (2007) [3] beschreiben, dass auch etwa die Entscheidung, eine Prothese zu tragen oder nicht zu tragen, nicht allein aus ihren technischen Eigenschaften erklärt werden kann. Daraus heraus dürfte auch die Beurteilung, was andere nun wie einschätzen, im vieldimensionalen sozialen öffentlichen Raum keine einfache Antwort finden.

Wie lange darf eine versuchte Manipulation, ein versuchter Handgriff dauern?

Bei der Beurteilung der Funktion einer Armprothese stellt sich eine grundlegende Frage, und zwar, wie lange ein Greifversuch dauern darf, bevor er nicht mehr als erfolgreiche Handlung, sondern als funktioneller Misserfolg betrachtet wird. Ein Mensch mit einer gesunden Hand, also ohne Verletzung oder Erkrankung, benötigt für einfache standardisierte Objektmanipulationen durchschnittlich etwa 1,6 bis 1,8 Sekunden. Bei komplexeren alltäglichen Handlungen liegen die durchschnittlichen Ausführungszeiten zwischen etwa 3,1 und 6,8 Sekunden, wie Untersuchungen zum Southampton Hand Assessment Procedure zeigen. In einer experimentellen Untersuchung mit der myoelektrisch gesteuerten SoftHand Pro dauerte eine vollständige Greif-, Hebe-, Halte- und Ablegehandlung anfänglich durchschnittlich 10,2 Sekunden, gegenüber 2,13 Sekunden mit der natürlichen Hand. Nach Übung reduzierte sich die Ausführungszeit mit der Prothese auf ungefähr fünf Sekunden.

Dabei ist zwischen dem technischen Gelingen eines Griffs und seinem praktischen Nutzen zu unterscheiden. Ein Greifversuch kann technisch erfolgreich sein, wenn ein Gegenstand nach zehn Sekunden schliesslich aufgenommen wird. Für eine alltägliche Tätigkeit kann derselbe Versuch jedoch bereits funktionell gescheitert sein, wenn die Handlung ohne Prothese oder mit einer anderen Greifmechanik wesentlich schneller und zuverlässiger ausgeführt werden könnte. Die wissenschaftliche Literatur enthält bisher keinen allgemein anerkannten Grenzwert, ab dem ein Beobachter einen Greifversuch als gescheitert wahrnimmt. Insbesondere ist nicht geklärt, nach wie vielen Sekunden erfolgloser Greifbewegungen Menschen davon ausgehen, dass der Anwender die Kontrolle über seine Prothese verloren hat. Bei der Beurteilung von Armprothesen sollte deshalb nicht nur erfasst werden, ob ein Griff schliesslich gelingt. Wesentlich sind auch die Dauer bis zum ersten erfolgreichen Griff, die Anzahl notwendiger Korrekturbewegungen, die Häufigkeit unbeabsichtigter Öffnungs- und Schliessbewegungen sowie die Zeit bis zum vollständigen Abschluss der Handlung.

Eine Armprothese, die einen Gegenstand nach mehreren Sekunden und wiederholten Fehlversuchen schliesslich festhalten kann, demonstriert damit zwar eine technische Fähigkeit. Ob diese Fähigkeit im Alltag tatsächlich nützlich ist oder auch als das anerkannt wird, bleibt jedoch eine andere Frage. Für eine einfache Greifhandlung könnte man also folgende Zeitbereiche als Arbeitshypothese verwenden:

Wie lange ist ein Prothesentraining sinnvoll?

Statistisch sind Armprothesen technisch gesehen eher eine Behinderung als durchwegs eine Unterstützung. Wenn das bei meiner Ausstattung weniger der Fall ist, so stellt das eine Ausnahme dar. Generell tun Armprothesen vor alle eins: sie stören, sind im Weg, unbequem und extrem teuer.

Aus [3]: Bei Personen, die das Tragen einer Prothese dauerhaft ablehnten, waren die am häufigsten genannten Gründe, dass sie ohne Prothese genauso gut oder sogar besser zurechtkamen (98 %), sich ohne Prothese wohler fühlten (95 %) oder die Verwendung der Prothese als zu schwierig beziehungsweise ermüdend (88 %), zu schwer (88 %) oder zu warm (88 %) empfanden. Auch die bessere sensorische Wahrnehmung ohne Prothese (85 %) und die mit dem Prothesengebrauch verbundenen Unannehmlichkeiten (93 %) wurden häufig genannt. Die funktionelle Unabhängigkeit und der höhere Tragekomfort ohne Prothese wurden als besonders wichtig eingestuft und erreichten jeweils einen Medianwert von 3 auf einer Skala von 0 (kein Einfluss) bis 3 (wichtigster Einflussfaktor). Bei Personen, die ihre Prothese regelmässig trugen, wurde die Entscheidung, an bestimmten Tagen auf die Prothese zu verzichten, ebenfalls wesentlich durch funktionelle und praktische Überlegungen beeinflusst. Dazu gehörten die Einschätzung, ohne Prothese genauso gut oder besser zurechtzukommen (60 %), der höhere Komfort ohne Prothese (66 %) sowie die Schwierigkeit oder Ermüdung bei der Prothesenverwendung (39 %). Auch Situationen, in denen die Prothese abgenommen werden musste, beispielsweise beim Schlafen oder Schwimmen (71 %), sowie die Befürchtung, die Prothese zu beschädigen (51 %), spielten eine Rolle.

Diese Realität muss man sich vor Augen halten. Denn die Frage, wie lange eine Armprothese zum Training ausprobiert werden soll und ihre Funktion durch Training verbessert werden soll, misst sich ziemlich genau daran, wo man damit überhaupt hin will bzw. bestenfalls hin kann, sind einem Training doch – siehe nachfolgenden Abschnitt – klare Grenzen gesetzt in der Art, wie so eine Armprothese gebaut ist und auch bestenfalls nur funktionieren kann.

Denn die schwierigste Zeit ist die am Anfang. Das ist dann, wenn die Armprothese noch am unbequemsten ist und wenn der Techniker noch die wenigsten Verbesserungen vornahm, damit das Ding überhaupt bequem läuft. Bei meiner Armprothese ist entscheidend, dass sie am Arm bequem sitzt, dass ich einen bequemen Liner habe und dass zwischen dem Liner und der Haut ein dünner Baumwollstrumpf getragen wird. Beide Faktoren waren die ersten Jahre nicht gegeben, und so hatte ich manchmal bereits nach ein bis zwei Stunden wieder diesen typischen Ausschlag, der aus der Reibung und dem Schweiß entsteht (engl.: friction/sweat rashes), wenn der falsche Liner direkt auf der Haut getragen wird [link]. Nachdem dieser eine Ossurliner stets ausreichende Probleme machte [link], hat der Prothesentechniker versucht, mit der eigenen Silikontechnik für mich Massliner herzustellen, was wohl dann deswegen nicht funktionierte, weil Silikontechnik auch nicht trivial ist, jedenfalls waren die stets zu hart, zu wenig flexibel / dehnbar. Aber jedenfalls wurde dies einige Monate lang versucht. Am Ende landete ich bei den Alpha‑Linern der Firma Ohio Willow Wood, die per se schon sehr angenehm sind. Nachdem mir nach einigen Jahren Leidensweg mit Hautauschlägen zudem endlich mitgeteilt wurde, dass ich  endlich einen dünnen Baumwollstrumpf unter dem Liner auf der Haut tragen soll, kam ich in die Situation, die Armprothese wochenlang jeden Tag viele Stunden anzuhaben. Anders gesagt: Es dauerte einige Jahre, bis ich technisch und von der zusammen mit der Orthopädietechnik geleisteten Information und Ausrüstung dann endlich dort war, wo ich vom ersten Tag wohl an hätte sein sollen: bei einem regelmäßigen, täglichen und an den Aktivitäten des Alltags ausgerichteten Training mit der Armprothese – und bei einem entsprechend ausführlichen umfassenden und immerwährenden Protheseneinsatz. Dadurch wurden dann erst die bereits bisher recht ordentlich belasteten technischen Komponenten der Prothese – nicht unbedingt der Liner, sondern insbesondere der Pinlock, das Handgelenk, die Greifmechanik und der Kabelzug – noch deutlich stärker belastet als zuvor. Dadurch traten dann weitere Schwachstellen zutage.

So dass die Antwort auf die Frage, wie lange man da dran bleiben sollte, also am Training, für mich mit der Frage verbunden ist, ob gleichzeitig die Fehlersuche der stets fehlerhaften Konstruktionen, Schaltungen, Vorrichtungen etc. in gleicher Intensität verfolgt werden kann und wird. Dazu ist auch technisches Verständnis, das man mitbringt oder mit der Zeit erlangt, relativ wichtig. Ich kannte mich also früher auch mit Seilzügen nicht ganz so gut aus.

Technisches Verständnis ist ein ganz entscheidender Faktor

Anatomie der Muskeln am Arm

Die Anatomie der Muskeln am Armstumpf entscheidet darüber, was an myoelektrischer Steuerung möglich ist. In diesem Film auf Arte werden diverse Greifversuche mit myoelektrischen Armprothesen gezeigt, aus denen man relativ einfach die nachfolgend aufgeführten Steuerungsfehler ableiten kann.

Hierzu ist zunächst zur ausführlichen Lektüre möglicherweise unter Zuhilfenahme eines Online-Übersetzungsdienstes auf Deutsch der folgende ausführliche Artikel zur Lektüre empfohlen: [link].

Darin wird sauber erklärt, wieso ein für die myoelektrische Steuerung sehr gut brauchbarer und starker Muskel-Unterarmstumpf zwingenderweise auch andere Funktionen als die Steuerung der Hand haben muss.

• Für die Steuerung einer Handprothese oder eines Greifers durch das Abgreifen von durch die Haut übermittelten elektrischen Muskelsignalen, also einer myoelektrischen Steuerung, ist eine gewisse mimale Muskelmasse notwendig.
• Wenn Muskeln viel eingesetzt und verwendet werden, dann sind sie stärker und haben eine höhere Muskelmasse. Aber wenn Muskeln nicht mehr oder kaum verwendet werden, schrumpfen sie automatisch. Es kommt zur Muskelatrophie und ihre Muskelmasse ist geringer oder fehlt ganz und es ist kaum ein gutes elektrisches Muskelsignal abzugreifen. Die meisten Muskeln an meinem Armstrumpf sind verkümmert und dadurch, dass ich sie nicht verwendet habe, da ja auch keine Hand vorhanden ist, welche diese Muskeln bewegen kann, von Fettgewebe durchsetzt und geschrumpft. Wenn ich diese anspanne und versuche, sie zur Steuerung meiner myoelektrischen Armprothese zu verwenden, dann zittern sie sehr rasch und sie kommen sehr rasch in eine Überlastung. Auch das elektrische Signal oder das sogenannte myoelektrische Signal (myo bezieht sich auf “Muskel”), das durch die Haut von diesen Muskeln auf die Elektrode übertragen wird, ist schwach und, wenn man es verstärkt, sehr stark verrauscht.
• Im Gegensatz dazu gibt es an meinem Unterarmstumpf durchaus den einen oder anderen Muskel, der nicht verkümmert ist, sondern gut ausgebildet ist und ein gutes Signal zulässt. Es sind diese Muskeln, die sich aus technischer Sicht für die Steuerung einer myoelektrischen Hand besonders gut eignen, da diese Signale nicht stark verrauscht, sondern zuverlässiger sind. Wenn aber an einem Unterarmstumpf, an dem eine Hand nicht mehr vorhanden ist, ein Muskel nicht verkümmert ist, so ist logischerweise daraus abzuleiten, dass der Muskel über die vorausgegangenen Wochen und Monate aktiv gewesen war und eine Aufgabe gehabt hat. Typischerweise handelt es sich also um den einen oder anderen Muskel, der den Ellbogen mitbewegt.
• Wenn ich nun aber meine myoelektrische Hand mit denjenigen mit gutem Signal aufgrund gutem Trainingszustand ausgesuchten Muskeln ansteuere, die auch meinen Ellbogen bewegen oder festhalten oder stabilisieren oder ihn steif halten, dann ist daraus wiederum logischerweise abzuleiten, dass jede Art von Bewegung oder Steifhalten des Ellbogens dadurch auch die myoelektrische Hand ansteuert, ob ich das nun will oder nicht.
• Es ist dann davon auszugehen, dass eine myoelektrische Hand durch eine Kombination von Muskeln angesteuert wird, wie ich es gerade geschildert habe.
  • Es handelt sich einerseits um Muskeln, die ein gutes Signal erlauben, die gleichzeitig den Ellbogen stabilisieren, etwa beim Strecken, beim Festhalten, beim Geradeausstrecken, beim Hochheben oder beim Beugen.
  • Andererseits handelt es sich um Muskeln, die schlicht verkümmert sind und ein sehr schlechtes Signal generieren, das insgesamt nicht sehr zuverlässig ist.
  • Die Kombination dieser Steuerungssignale führt stets dazu, dass myoelektrische Geräte kaum zuverlässig einzusetzen sind. In einer realistischen Alltagssituation gilt meiner Einschätzung nach als ein sehr gutes Ergebnis, wenn nur 35 Prozent der Greifversuche nicht funktionieren. Eine Eigenkraftprothese, zu englisch Body-Powered Prosthesis, ist dagegen fast perfekt in der Ansteuerung. Siehe dazu den folgenden Vergleich: [link] – In dieser Videodemonstration kommt es in etwa 40 Prozent der Griffe mit der myoelektrischen Armprothese zu einem Griffproblem oder einem Error oder einer Steuerungsproblematik oder einem Greifversagen. Aber in keinem einzigen der Greifversuche mit der Eigenkraftprothese, mit der Beckerhand, kommt es zu irgendeinem Fehler.
  • Der armhaltungsbezogene Steuerfehler bei der Myoelektrik am Unterarmschaft wird auch als Limb Positioning Effekt bezeichnet und ist lange bekannt. Siehe hierzu: [link]
    • Ich hatte auf das mir damals neue Bestehen dieses Problems, die Herstellerfirma meines damals neuen iLimb, die Firma TouchBionics, ausführlich dazu in Kenntnis gesetzt und sie um Ratschlag gebeten, wie diesem Fehler beizukommen sei. Man hat mir dann beschieden, ich hätte Ergotherapie oder Physiotherapie zu absolvieren, denn es handele sich um ein Problem meiner Bedienung und nicht etwa um ein technisches Problem.
    • Interessanterweise haben fast alle Teilnehmer des Cybathlon im Jahr 2016 mit dem myoelektrischen Steuerungsfehler dieser Sorte relevante Probleme gehabt. [link]
    • Bis heute dürften Prothesentechniker und Hersteller dieser teuren sogenannt “bionischen” myoelektrischen Hände darauf bestehen, dass es sich ausschließlich um einen Anwenderfehler handelt.
      • Aus meiner Sicht ist das nicht korrekt, sondern es handelt sich um ein inhärentes anatomisches Problem, das mit dem Zustand der Muskeln nach Armamputation untrennbar verbunden ist.
      • Letztlich ist es ein Konstruktionsfehler der Steuerung, wenn gewünscht wird, dass die Steuerung zuverlässig funktionieren soll.
      • Ein relativ einfacher Workaround, den ich selbst angewendet habe, ist das Umtauschen der Öffnungs- und Schließungsfunktion bezüglich der Elektroden auf meinem Armstumpf.
        • So wird für gewöhnlich die Außenseite der Muskeln, also die Streckseite, anatomisch die Extensoren, dafür eingesetzt, die Hand zu öffnen. Und die Flexoren oder beugeseitigen Muskeln werden natürlicherweise dazu eingesetzt, die Hand zu schließen. Das entspricht der anatomischen Funktion der Muskeln, die wir auch natürlicherweise für das Öffnen und Schließen unserer menschlichen Hand verwenden.
        • Da die übliche Installation durch den Prothesentechniker die Elektroden genauso verbaut, kommt es fast stets und durchwegs und regelhaft dazu, dass die Hand aufgeht, wenn ich den Ellbogen strecke oder gestreckt halte. Das ist in keiner Weise ein Bedienungsfehler. Man kann es auch nicht richtig wegtrainieren, sondern es ist eine Diskrepanz zwischen Anatomie und Hoffnung oder Erwartung. Denn hier ist es so, dass wenn ich meinen Arm strecke oder ihn halte, indem der Ellbogen aktiviert wird, entweder indem ich ihn bewege oder auch festhalte, die Extensoren stärker verwendet werden. Und da der Teil der Unterarmmuskeln, welcher bei der Ellbogenextension mitbeteiligt ist, dann dazu neigt, die myoelektrische Hand zu öffnen, hilft es, wenn man die Elektroden umkehrt, oder verkehrt herum zur Steuerung verwendet. Bei mir aktivieren also die Extensoren also das Schließen der myoelektrischen Hand und die Flexoren oder beugeseitigen oder innenseitigen Muskeln das Öffnen der myoelektrischen Hand. So dass das unbeabsichtigt ausgelösete Signal für die Hand, das dadurch entsteht, dass man den Ellbogen streckt, dann dazu verwendet wird, bei mir die Hand zu schließen.

Myoelektrik und Zeit vs. Eigenkraft und Zeit

Um bei den oben geschilderten Problemen mit dem Muskelsignal ein weniger verrauschtes Aktivierungssignal zu erhalten, ist es notwendig, dass die Elektronik das Signal von den myoelektrischen Elektroden über eine gewisse Zeit integriert, um zu schauen, ob es sich um einen zufälligen Spike des Signals handelt oder ob aus der Persistenz oder dem etwas längeren Bestehen. einer Muskelkontraktion abzuleiten ist, dass der Benutzer tatsächlich beabsichtigt, hier ein Signal zu generieren.

Daher ist es inhärent so, dass myoelektrische Steuerung fast stets langsamer oder viel langsamer ist als eine Steuerung, die wir als Realtime bezeichnen würden.

Siehe zu einem Geschwindigkeitsvergleich der rein motorischen Geschwindigkeitsleistung zwischen Eigenkraftprothese und myoelektrischer Armprothese den folgenden Beitrag: [link]. Hier spielt eine Rolle, dass hohe Beschleunigungen bedeutend stärkere Belastungen ausüben. So kann bei einem Greifhaken einer Eigenkraftprothese das Kugellagergelenk nach ein oder zwei Jahren bereits wackeln, während die viel weniger belastbar ausgelegten Gelenke der myoelektrischen Prothesenhand aufgrund der sehr langsamen Betätigung gar nicht derart beschleunigt, abgebremst oder gegeneinander verschoben werden.

Myoelektrik und Spezifität vs. Eigenkraft und Spezifität

Wie bereits ausgeführt, stellt das Ansteuern einer myoelektrischen Armprothese am Unterarmstumpf insofern ein technisches Problem dar, indem die Muskeln, die dazu verwendet werden, solche Signale zu generieren, entweder nicht alleine spezifisch für Handsteuerung sind, nämlich indem sie den Ellbogen mitbewegen, oder aber, indem sie zu ungenügend stark ausgebildet sind, um wenig oder gar nicht verrauschte Signale zu generieren. Dadurch ist erklärbar, dass eine myoelektrische Steuerung langsam und extrem stark fehlerbehaftet ist und technisch gesehen sein muss.

Dagegen ist die Steuerung durch Eigenkraft oder auf Englisch “body-powered prosthesis” anders. In aller Regel wird hier ein Steuerkabel, ich verwende hier etwas aus Stahl, also ein Stahlseil, aber man kann auch eine Kunststoffvariante wählen, von der anderen Schulter, also von der gegenüberliegenden Schulter, über den Rücken gespannt und so um den Arm geleitet wird, dass eine Bewegung, das Öffnen oder auch Schließen, Des Greifers oder Hooks oder der Hand auslöst, die man im Alltag sonst nicht so benötigt. Das ist nicht ganz so, dass diese Bewegungen überhaupt nicht vorkommen, aber sie sind gerade im Bereich Hausarbeit oder Küchenarbeit oder wenn man im Büro oder Labor etwas arbeitet, sehr viel seltener. Und so kommt es bedeutend weniger zu unbeabsichtigtem Öffnen oder Schließen der Armprothese.

Ist man also an einer hohen Spezifität der Steuerung interessiert, also geht es einem darum, dass eine spezifische Bewegung ausschließlich und nur den Greifer oder die Hand der Prothese betätigt und sonst gar nichts anderes tut, so muss man sich gut überlegen, wie man das auslegt und baut. Hierzu habe ich auf dieser Webseite sehr viel geschrieben.

Angriffs-/Annäherungs-/Greifwinkel

Je nachdem, wie der Greifer oder die Hand gebaut ist, muss man diesen zuerst in den richtigen Winkel bringen, bevor ein Griff in Angriff genommen werden kann. Bevor man also überhaupt erst eine Sache mit der Prothese einklemmen oder festhalten kann, muss der Winkel des Greifers oder der Hand in Bezug auf das zu greifende Objekt dadurch, dass man seinen Arm umpositioniert, in Übereinstimmung gebracht werden.

Das ist in diesem Blogbeitrag ausführlich beschrieben und demonstriert: [link]

Wenn die Auswahl, die man getroffen hat bei dem Greifer oder der Hand, die man dann trägt, gut bezüglich dieser Einstellungswinkel zu den Objekten oder den Tätigkeiten passt, die man vorhat, dann hat man eine sehr gute Haltung. Dann hat man auch nicht die Notwendigkeit, sich dauernd zu verbiegen, den Oberkörper seltsam zu verrenken, den Arm in besondere Positionen zu bringen. Was aber eher nicht der Fall ist, wenn die Auswahl der Hand oder der Greifmechanik schlecht ist.

So mag man über die Beckerhand sagen, was man will, aber deren Auslegung bezüglich Alltagsgreiffunktionen ist zu sehr vielen Dingen ideal. In diesem Demonstrationsvideo zeige ich, wie extrem rasch und zuverlässig die Bäckerhand als einfache mechanische Konstruktion für Alltagsarbeiten geeignet sein kann:

Griffmechanik: Stumpf versus Alternativen

Grundsätzlich kann man einen Griff als etwas bezeichnen, das ein Objekt so umschließt, dass dieses Objekt nachher stabilisiert oder bezüglich seines Aufenthaltsorts verändert werden kann, indem man es herumhebt oder nimmt und wegtransportiert.

• Damit ein Griff möglichst zuverlässig funktioniert, ist es wichtig, dass die Fläche des Greifers das Objekt auf eine stabile Art umschließen kann. Das kann einerseits dadurch erreicht werden, dass mehrere harte Kontaktpunkte oder -flächen an das Objekt gelegt werden oder weiche Kontaktpunkte oder Kontaktflächen. Werden weiche Kontaktflächen verwendet, reichen bei harten Objekten meist bedeutend weniger in der Zahl aus, als wenn harte Kontaktpunkte oder harte Kontaktflächen zum Einsatz kommen. Daraus heraus ist klar, dass eine Reihe von Dingen zu berücksichtigen sind, wenn man sich überlegt, was man mit einer Armprothese nun genauer anstellen will, um zum Ziel zu gelangen. [link]
• Möchte ich ein Objekt stabil halten, genügt es grundsätzlich, dieses mit meinem Armstumpf gegen eine andere Fläche, beispielsweise einen Tisch oder meinen anderen Arm oder meinen Oberkörper, meinen Bauch oder mein Bein zu drücken. Für sehr viele Tätigkeiten ist es daher überhaupt nicht notwendig, eine Armprothese zu tragen, solange ich ausreichend Arm übrig habe, um das damit zu tun. Ist meine Haut sehr empfindlich, so kann ich einen Strumpf darüber ziehen, der aus irgendeinem Material gemacht sein kann, der mir hier hilft.
• Möchte ich eine einfache Griffmechanik verwenden, die sehr zuverlässig funktioniert, so genügt es, zwei Kontaktpunkte oder zwei Kontaktflächen einer einfachen Griffmechanik einzusetzen, wie sie beim Hook oder Haken oder Greifer für Armprothesen typischerweise verbaut werden. Während am Anfang das Erscheinungsbild einer Hand wichtig scheint, wird sich für viele Anwender nach einigen Jahren die Realisierung einstellen, dass es komplett egal ist, wie das Ding aussieht. Hauptsache, es greift gut und die Ersatzmaterialien sind einfach verfügbar und kostengünstig. So habe ich über meine Prothesenhaken aus Metall aus dem Baumarkt günstige Silikonschlauchstücke, also Meterware, abgeschnitten und drüber gezogen und damit eine über Wochen gut funktionierende Greifmechanik erreichen können, die fast nichts kostet. Einem anderen Greifer V2P der Firma Toughware PRX habe ich einige Schichten eines weichen Gummibodenbelags draufgeklebt und das Ganze mit dem ausgeschnittenen einzelnen Finger eines Arbeitshandschuhs mit Nitrilflächenbeschichtung befestigt.  Das kostet auch nicht viel und ist bezüglich der Zuverlässigkeit und der relativ tiefen Verschlusskraft, die nötig ist, um Dinge zuverlässig zu stabilisieren, extrem leistungsfähig.  [Grip tuning: link]
• Möchte ich für meine Beckerhand eine verbesserte Griffmechanik, so hilft es, die Fingerspitzen mit einem weichen Gummi oder Silikon zu bedecken [link]. Man kann dazu auch etwa aus dem Bürobedarf die Silikon-Fingerüberzüge verwenden, die für viel Büroarbeit günstig erhältlich sind, und darüber zieht man dann einen vitrilbeschichteten Arbeitshandschuh, der damit ebenfalls die ohnehin sehr gute Greifmechanik massiv verbessert.

Fazit: Die Prothese als Werkzeug – oder als technisches Theater?

Die ARTE-Dokumentation «Leben mit Hightechprothesen – Hoffnung für Körper und Seele» vermittelt ein Bild der modernen Prothesentechnik, in dem technologische Komplexität, menschenähnliches Aussehen und die Hoffnung auf Wiederherstellung verlorener Fähigkeiten eng miteinander verbunden sind.

Aus meiner langjährigen Erfahrung mit unterschiedlichsten Armprothesen ergibt sich eine nüchterne Sicht. Eine gute Armprothese zeichnet sich nicht dadurch aus, dass sie möglichst viele Motoren, Sensoren, Gelenke oder elektronisch auswählbare Griffarten besitzt. Entscheidend ist vielmehr, ob sie sich bequem tragen lässt, rasch und zuverlässig funktioniert, mit geringem Aufwand instand gehalten werden kann und bei alltäglichen Tätigkeiten einen tatsächlichen Vorteil bietet. Dabei spielt die Zeit eine zentrale Rolle. Ein Griff, der in einer technischen Demonstration nach mehreren Sekunden erfolgreich abgeschlossen wird, kann im Alltag längst als funktioneller Misserfolg gelten. Die Zuverlässigkeit der Steuerung, die Geschwindigkeit des Greifvorgangs, die notwendige Körperhaltung und die Zahl der Fehlversuche sind deshalb mindestens ebenso wichtig wie die Fähigkeit, einen Gegenstand überhaupt festhalten zu können. Die myoelektrische Steuerung bringt spezifische technische Schwierigkeiten mit sich. Muskelsignale können von der Armhaltung, dem Hautkontakt, der Elektrodenposition und der Aktivierung benachbarter Muskeln beeinflusst werden. Training kann die Bedienung verbessern, aber nicht jede technische oder anatomische Einschränkung beseitigen. Wer ein konstruktionsbedingtes Problem ausschliesslich durch weiteres Training lösen will, riskiert, die Verantwortung für eine unzureichende technische Lösung auf den Anwender abzuwälzen. Hinzu kommt, dass die Anpassung einer Prothese weit über ihre elektronische Steuerung hinausgeht. Schaft, Liner, Hautverträglichkeit, Kabelzug, Handgelenk, Greifflächen und Reparierbarkeit entscheiden wesentlich darüber, ob eine Prothese täglich und über viele Stunden verwendet werden kann. Meine eigenen Erfahrungen zeigen, dass einfache Veränderungen der Materialien und Kontaktflächen einen grösseren praktischen Nutzen haben können als aufwendige technische Neuerungen.

Auch die soziale Wirkung einer Prothese lässt sich nicht auf ihr Aussehen reduzieren. Eine kosmetische Hand muss nicht zwangsläufig unauffälliger oder sozial verträglicher sein als ein offen sichtbarer mechanischer Greifer. Das Auftreten des Trägers, seine Selbstverständlichkeit im Umgang mit der Prothese und die Erwartungen des Gegenübers können eine mindestens ebenso wichtige Rolle spielen. Die wissenschaftliche Literatur über die Verwendung und Ablehnung von Armprothesen bestätigt zumindest den grundlegenden Konflikt zwischen technischem Angebot und tatsächlichem Bedarf. Viele Menschen verzichten auf ihre Prothese, weil sie ohne diese ebenso gut oder besser zurechtkommen, sich wohler fühlen oder die Prothese als zu schwer, zu warm oder zu umständlich empfinden. Das ist nicht notwendigerweise ein Scheitern der Rehabilitation. Es kann ebenso gut eine vernünftige Entscheidung zugunsten der eigenen Funktionalität sein.

Vielleicht liegt der grundlegende Irrtum der modernen Armprothetik bereits in ihrer Ausgangsfrage. Warum soll eine Armprothese überhaupt wie eine menschliche Hand aussehen? Weshalb gilt die möglichst naturgetreue Nachbildung eines verlorenen Körperteils als technologischer Fortschritt? Und warum wird eine Konstruktion mit fünf motorisierten Fingern als höher entwickelt angesehen als ein einfacher Greifer, wenn Letzterer die meisten alltäglichen Aufgaben schneller, zuverlässiger und mit geringerem Aufwand erledigt? Die menschliche Hand ist ein biologisches Universalwerkzeug mit aussergewöhnlichen sensorischen und motorischen Eigenschaften. Ihre äussere Form nachzubilden bedeutet aber noch lange nicht, ihre Funktion wiederherzustellen. Eine künstliche Hand ohne vergleichbare Sensibilität, ohne die natürliche neuromuskuläre Steuerung und ohne deren unmittelbare Anpassungsfähigkeit kann trotz anatomischer Ähnlichkeit ein erstaunlich ungeschicktes Werkzeug sein. Vielleicht wäre es deshalb sinnvoller, die menschliche Hand nicht länger als zwingendes Konstruktionsvorbild zu betrachten.

Niemand verlangt, dass eine Bohrmaschine wie ein menschlicher Finger aussieht, ein Schraubenschlüssel fünf Finger besitzt oder eine Zange eine menschenähnliche Hautoberfläche hat. Werkzeuge werden nach ihrer Funktion gestaltet. Ihre Form folgt der Aufgabe, den verwendeten Materialien und den mechanischen Anforderungen. Gerade darin liegt ihre Leistungsfähigkeit. Bei Armprothesen wird dieses einfache technische Prinzip häufig durch die Vorstellung überlagert, ein verlorener Körperteil müsse möglichst überzeugend ersetzt werden. Aus dieser Vorstellung entsteht ein Markt, in dem technische Komplexität, menschenähnliches Aussehen und emotionale Versprechen miteinander konkurrieren. Die eigentliche Frage nach dem alltäglichen Gebrauchswert droht dabei in den Hintergrund zu geraten. Man könnte noch weitergehen: Vielleicht besteht ein Teil des Fortschritts nicht darin, immer ausgefeiltere Prothesen zu entwickeln, sondern darin, die Notwendigkeit einer Prothese grundsätzlich infrage zu stellen, nicht nur um sie auch mal liegen zu lassen sondern um einen anderen Ansatz zu gehen.

Ein Armstumpf ist nicht bloss das unvollständige Überbleibsel eines Arms. Er ist ein vorhandener, empfindungsfähiger und unmittelbar kontrollierbarer Körperteil, mit dem sich zahlreiche Tätigkeiten ausführen lassen. Eine Prothese kann seine Möglichkeiten erweitern, sie kann aber auch seine Sensibilität verdecken, seine Beweglichkeit einschränken, die Haut belasten und zusätzliche technische Abhängigkeiten schaffen. Eine wirklich anwenderorientierte Prothesentechnik müsste deshalb auch die Möglichkeit akzeptieren, dass die beste Lösung für eine bestimmte Tätigkeit gar keine Prothese ist. Ebenso müsste sie akzeptieren, dass ein einfacher mechanischer Greifer einer hochkomplexen myoelektrischen Hand überlegen sein kann, ohne dies als technologischen Rückschritt zu betrachten. Das hätte weitreichende Konsequenzen für Forschung, Entwicklung und Versorgung. Anstatt vor allem zusätzliche Freiheitsgrade, neue Steuerungsalgorithmen und immer raffiniertere Handformen zu präsentieren, müsste man konsequent messen, wie viel Zeit eine Tätigkeit tatsächlich benötigt, wie oft ein Griff misslingt, wie viel körperliche und geistige Anstrengung erforderlich ist, wie lange eine Konstruktion hält und welche Kosten über ihre gesamte Nutzungsdauer entstehen. Und man müsste die vielleicht unangenehmste aller Fragen stellen: Ist der Anwender mit dieser Prothese tatsächlich besser dran als ohne sie?

Dass diese Sendung diese Frage in den Vordergrund rückt, macht sie stark. Denn das ist ein bemerkenswerter Perspektivenwechsel. Nicht mehr der Mensch müsste beweisen, dass er ausreichend trainiert hat, um mit einer komplizierten Prothese zurechtzukommen. Die Prothese müsste beweisen, dass sie einen ausreichenden Nutzen bietet, um getragen zu werden. Vielleicht wäre das sogar die eigentliche Revolution der Armprothetik: nicht die immer perfektere Nachahmung einer menschlichen Hand, sondern die Befreiung von der Vorstellung, dass eine Armprothese überhaupt eine Hand sein muss. Denn technischer Fortschritt besteht nicht darin, möglichst viel Technik am Körper zu befestigen. Er besteht darin, mit möglichst wenig Aufwand möglichst viel zu erreichen. Die beste Armprothese ist nicht diejenige, die am eindrucksvollsten vorgeführt werden kann. Es ist diejenige, die ihren Anwender im Alltag am wenigsten aufhält – und die er deshalb irgendwann kaum noch beachten muss.

@article{sunder2006physical,
  title={PHYSICAL STATURE AND INTELLIGENCE AS PREDICTORS OF THE TIMING OF BABY BOOMERS’VERY FIRST DATES},
  author={Sunder, Marco},
  journal={Journal of Biosocial Science},
  volume={38},
  number={6},
  pages={821--833},
  year={2006},
  publisher={Cambridge University Press}
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@article{murphy2007appearing,
  title={Appearing smart: The impression management of intelligence, person perception accuracy, and behavior in social interaction},
  author={Murphy, Nora A},
  journal={Personality and social psychology bulletin},
  volume={33},
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  year={2007},
  publisher={Sage Publications, Sage CA: Thousand Oaks, CA}
}

@article{biddiss2007upper,
  title={Upper-limb prosthetics: critical factors in device abandonment},
  author={Biddiss, Elaine and Chau, Tom},
  journal={American journal of physical medicine \& rehabilitation},
  volume={86},
  number={12},
  pages={977--987},
  year={2007},
  publisher={LWW}
}

@misc{SHAP,
  title        = {Southampton Hand Assessment Procedure},
  howpublished = {\url{https://shap.ecs.soton.ac.uk/}},
  note         = {Official assessment website;
                  not a journal article}
}

@article{TACtest,
  title   = {The Target Achievement Control Test:
             Evaluating Real-Time Myoelectric Pattern
             Recognition Control of a Multifunctional
             Upper-Limb Prosthesis},
  url     = {https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4232230/},
  note    = {Authors, journal, and publication year
             require verification}
}

[6] “Grasp Performance of a Soft Synergy-Based Prosthetic Hand: A Pilot Study,” IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 25, iss. 12, pp. 2407-2417, 2017.
[Bibtex]

@article{SoftHand2017,
  title   = {Grasp Performance of a Soft Synergy-Based
             Prosthetic Hand: A Pilot Study},
  journal = {IEEE Transactions on Neural Systems
             and Rehabilitation Engineering},
  volume  = {25},
  number  = {12},
  pages   = {2407--2417},
  year    = {2017},
  doi     = {10.1109/TNSRE.2017.2737539}
}

@article{SHAPC2014,
  title   = {Preliminary study of the Southampton Hand
             Assessment Procedure for Children and its
             reliability},
  year    = {2014},
  url     = {https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4061771/},
  note    = {Bibliographic metadata requires verification}
}