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KRAFT DIE DER BERÜHRUNG


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National Geographic Deutschland - epaper ⋅ Ausgabe 6/2022 vom 25.05.2022
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Bildquelle: National Geographic Deutschland, Ausgabe 6/2022

Dieser durchscheinende Stoff dient als Haut einer experimentellen Kamera-Computer-Kombination. Sie kann Berührungen auf neuartige Weise ?fühlen?, indem sie Schatten in Informationen umwandelt. Den shadow sense (?Schatten-Sinn?) genannten Mechanismus erproben Forscher bei einem weichen, berührungsreaktiven Roboter.

URTRIEB

Ein erschütterndes Experiment aus den 1950er-Jahren belegte das tief liegende Bedürfnis nach „Berührungskomfort“. Erziehungsexperten ermahnten Eltern zur damaligen Zeit, nicht allzu sehr mit ihren Babys zu kuscheln – dies sei eine schädliche Verhätschelung. Der Psychologe Harry Harlow aus Wisconsin, USA, half zu beweisen, dass die Annahme falsch war. Sein Team hielt Affenbabys isoliert mit zwei „Ersatzmüttern“. Nur die nackte Drahtattrappe gab Milch. Trotzdem lehnten die Babys sie ab und klammerten sich, wenn sie nicht tranken, an die weiche Stoffattrappe.

IMPULSE PER HAND

Mittels präziser Handgriffe behandelt der Chiropraktiker John Ball aus Arizona, USA, Spitzenathleten. „Ich weiß, wie ich das Gewebe und taktile Feedback meiner Patienten nutzen kann“, sagt Ball. „Je mehr taktile Wahrnehmung, je mehr Hautrezeptoren man stimuliert bekommt, desto mehr Informationen werden zwischen einem ...

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... betroffenen Areal und dem Gehirn hin-und hergeschickt.“ Balls Patient, der hier grimassierend auf der Massagebank liegt, ist der US-amerikanische Mittelstreckenläufer Ben Blankenship.

Liebkosung

Neugeborene Zwillinge schmiegen sich im Krankenhaus Safdarjung in Neu-Delhi, Indien, an ihre Tante Neerja Kumari. Ihre Mutter Sunita erholt sich derweil von der Geburt. Die „Känguru-Mutter-Pflege“, also der fortwährende Hautkontakt mit der Mutter oder einer Ersatzmutter, kann unreife Babys mit niedrigem Geburtsgewicht stärken. Eine kürzlich durchgeführte Studie in Safdarjung sowie vier Krankenhäusern in Afrika wurde vorzeitig abgebrochen, nachdem die Forscher festgestellt hatten, dass auch instabile Frühchen bereits unmittelbar nach der Geburt von der Methode profitieren und nicht erst, wenn ihr Zustand als stabil gilt. Laut WHO könnte der neue Ansatz jedes Jahr 150 000 Leben retten.

AN JENEM NACHMITTAG

im September 2018 war es sechs Jahre her gewesen, dass ein Förderband den linken Unterarm und die Hand von Brandon Prestwood aus North Carolina, USA, zermalmt hatte. Nun stand Prestwood vor seiner Frau Amy und wirkte aufgewühlt. Er war sichtlich hin-und hergerissen, wusste nicht, ob er lachen oder weinen sollte. Um das Paar scharte sich eine kleine Gruppe. Jemand hielt ein Smartphone hoch, um die denkwürdige Szene festzuhalten: Hier die hübsche Frau mit langem Haar und Brille, dort der Mann mit Bart und weißer Prothese, die von seinem Ellbogen bis zu den Fingerkuppen reichte; dazu liefen Drähte aus einem kleinen Computer unter dem Hemd des Mannes bis hinauf zu dessen Schulter.

Genau genommen verliefen die Drähte allerdings nicht unter dem Hemd, sondern durch die Haut des Mannes. Brandon Prestwood – sein Körper, nicht seine Prothese – hing in diesem Moment buchstäblich am Netz.

Im Rahmen einer gewagten Versuchsreihe eines internationalen Netzwerks von Neurologen, Ärzten, Psychologen und Biomedizin-Ingenieuren hatten Chirurgen der Case Western Reserve University in Cleveland, USA, den Stumpf von Prestwoods linkem Arm aufgeschnitten und an den abgetrennten Nerven und Muskeln winzige Elektroden angebracht. Anschließend hatten die Ärzte vier Dutzend nähfadendünne Drähte durch seinen Oberarm bis zur Schulter geführt. Seither ragten 48 Drähte aus der Haut an der Schulter.

„Hey, ja, das sind echt Drähte“, murmelte Prestwood immer wieder ungläubig zu sich selbst, sobald er die feinen Kabel sah. „Und sie kommen direkt aus meinem Arm.“

Nach dem Unfall litt Prestwood lange unter Depressionen. Neuerdings aber empfand er wieder Zuversicht. Seit einigen Monaten fuhr er regelmäßig ins Labor nach Cleveland, wo er eine Versuchsprothese anlegte, die zu einer neuen Generation künstlicher Hightech-Gliedmaßen gehört: mit eingebautem

Feingefühl

Jede Berührung löst derart komplexe neuronale Signale aus, dass sie kaum nachzuahmen ist. Am Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University, USA, versucht man es mit einer sogenannten E-Dermis. An einer Handprothese – die hier einen solchen E-Dermis-Patch zwischen den Fingern hält – hilft das druckreaktive Material, den Kontakt mit einer anderen Oberfläche in eine Empfindung umzuwandeln, die unser Gehirn als Berührung interpretiert.

Die National Geographic Society engagiert sich dafür, die Wunder unseres Planeten zu zeigen und zu schützen. Seit 2014 unterstützt sie die Geschichten von Explorer Lynn Johnson.

Motor und Sensoren in den Fingerlingen. Solche Hilfsmittel sind für Reha-Experten von großem Interesse. Das Team wollte aber nicht die verbesserte Kontrolle dieser neuen Prothesen studieren. Im Zentrum seiner Forschung stand die Frage, wie die Probanden mit der Prothese menschliche Berührung erfahren.

Es ist sehr kompliziert und zugleich ungeheuer faszinierend, das Zusammenwirken von Haut, Nerven und Gehirn zu verstehen, zu vermessen und es auf eine Weise nachzuahmen, die sich, nun ja … menschlich anfühlt. Das mag nicht sonderlich wissenschaftlich formuliert sein, aber Brandon Prestwood ist ein Paradebeispiel für das, was gemeint ist.

Als die Forscher in Clevelands Sensory Restoration Lab verschiedenartige Tests durchführten, machten sie bald ermutigende Fortschritte: Wenn Prestwood die Prothesenfinger beispielsweise um einen Schaumstoffblock schloss, spürte er eine Art Druck gegen den Schaumstoff; ein Kribbeln, das von Fingern zu kommen schien, die er eigentlich nicht mehr besaß.

An jenem Septembernachmittag stand sich das Ehepaar Prestwood nun erstmals im Labor gegenüber. Brandon trug die Versuchsprothese, seine Drähte waren an den Computer angeschlossen. Auf seinem Smartphone hat Brandon eine Videoaufnahme von dem, was dann geschah. Noch heute gerät er kurzzeitig aus der Fassung, wenn er von dem Moment erzählt.

Das Video zeigt zwei Menschen, die sich in einem großen Raum gegenüberstehen. Sie wirken unsicher, etwas unbeholfen, wie Jugendliche vor ihrem ersten Tanz. Brandon blickt anfangs auf seine Füße, dann auf die Prothesenfinger. Er grinst. Mit seinem rechten Arm, dem intakten, winkt er Amy heran: Komm zu mir!

DIE STETIG WACHSENDE LITERATUR über den menschlichen Tastsinn ist reich an wissenschaftlichen Erkenntnissen und geradezu fantastischen Visionen für die Zukunft – doch in diesem Handyvideo stecken vier beinahe schon übernatürliche Sekunden. Es ist der Moment, in dem Amy ihre Finger um die Prothesenhand ihres Mannes schließt. Brandons Kopf fährt hoch. Seine Augen weiten sich. Der Mund steht offen. Amy schaut ihn an, doch Brandon starrt geradeaus, ins Leere. „Ich konnte fühlen“, kommentierte er das Video, als wir es anschauten. „Ich habe Amy berührt. Ich habe geweint. Ich glaube, sie hat auch geweint.“

Künstliche Empfindung

Brandon Prestwoods Unterarm wurde amputiert. Aus seiner Schulter ragen heute feine Drähte heraus: Sie lassen sich mit einem Computer koppeln, der hierüber Impulse an Elektroden schickt, die daraufhin bestimmte Nerven stimulieren. Wenn Prestwood eine spezielle Handprothese anzieht, kann die Apparatur ein Berührungsempfinden erzeugen, das sich für den Träger anfühlt, als käme es von der nicht mehr vorhandenen Hand. Zu Hause in North Carolina, USA, reinigt Prestwood die Drähte mit einem Alkoholtupfer. Die Tätowierung an seinem Oberarm erinnert an ein verlorenes ungeborenes Kind.

Ja, auch Amy hat geweint. Als Brandon Prestwood mir das Video zeigte, befanden wir uns mitten in der Covid-19-Pandemie. Es hatte den Anschein, als ob alle Menschen weltweit versuchten herauszufinden, wie man sich nun einander nähern könnte, wie man sich berührt.

Vielleicht erinnern Sie sich an die Fotos von Menschen, die sich durch Duschvorhänge oder Plastikfolie innig umarmten. In der Januar-Ausgabe 2021 von NATIONAL GEOGRAPHIC wurde ein besonders ergreifendes Foto veröffentlicht. Es zeigt eine Plane, die an einer Wäscheleine hing, und durch den Kunststoff getrennt umarmten sich eine Frau und ihre Tochter zum ersten Mal seit Monaten.

Ich kenne das Gefühl und auch das Geräusch dieses Augenblicks. Meine Tochter hatte nach der seltsamen, schmerzhaften Zeit der Distanzbesuche, wo man sich allenfalls über den Innenhof hinweg unterhalten konnte, etwas Ähnliches improvisiert, und ich erinnere mich noch lebhaft an den Segen, an das Glück dieser Umarmung. Durch eine Schutzfolie, ja.

Knisternd, glatt, kunststoffig sozusagen. Eine Einschränkung, so könnte man meinen. Aber mein „Bedürfniszustand“, wie es der Neurowissenschaftler Francis McGlone von der Liverpool John Moores University, Großbritannien, ausdrückt, war zu stark. „Man kann sich das wie einen Vitaminmangel vorstellen“, sagte McGlone. „Sie hatten großen Nachholbedarf.“

Nachholbedarf woran genau? Neurologen und Psychologen kennen inzwischen biologische Marker, die das erklären, was vielen von uns intuitiv klar zu sein scheint: dass die meisten Menschen die physische Präsenz, die wohltuende Berührung anderer brauchen, um gesund zu sein und zu bleiben.

Lassen Sie die folgende wissenschaftstheoretisch klingende Fachprosa auf sich wirken, bevor ich Ihnen verrate, in welchem Zusammenhang der Text erstmals erschien:

Taktile Navigation

Auch wenn es aussieht, als hätte dieser Vierbeiner einen Kopf und Augen, mit denen er den Boden inspiziert, besitzt er keine visuellen Sensoren. Dass der Roboter sich geschickt über unebenes Gelände bewegt, hängt unter anderem damit zusammen, dass seine künstliche Intelligenz auf komplexe Signale reagiert, die von Luftdruckpolstern an seinen Füßen stammen. „Der Roboter ist auf seinen Tastsinn angewiesen, um Hindernisse zu erkennen“, sagt Ashish Kumar, Ingenieurwissenschaftler an der University of California, Berkeley, USA.

Berührung ist ein grundlegender Aspekt sozialer Interaktion, die ihrerseits ein grundlegendes menschliches Bedürfnis ist […] Soziale Berührung beruhigt den Empfänger der Berührung während stressreicher Erfahrungen […] kann die Aktivierung der Gehirnregionen verringern, die für Angst und Bedrohung zuständig sind […] kann die Aktivierung der Stressleitung im Nervensystem beeinflussen, wodurch der Spiegel der Stresshormone gesenkt wird […] fördert die Freisetzung von Oxytocin, einem Neuropeptid, das im Hypothalamus produziert wird […] Ein höherer Oxytocinspiegel wird mit mehr Vertrauen, kooperativem Verhalten, dem Teilen mit Fremden, effektiverem Lesen der Gefühle anderer und konstruktiveren Konfliktlösungen in Verbindung gebracht.

Das Zitat entstammt einer Beschwerde beim Bundesgerichtshof gegen Einzelhaft. Die Anwälte, die diese Klage einst im Namen zweier Insassen eines kalifornischen Hochsicherheitsgefängnisses einreichten, argumentierten, die jahrelange Isolation der Häftlinge stelle eine verfassungswidrige, weil grausame und unverhältnismäßige Bestrafung dar.

Einzelheiten werden noch vor Gericht ausgefochten, aber das oben zitierte Gutachten von Dacher Keltner von der University of California, Berkeley, USA, fand Einzug in die Gerichtsakten. Der Psychologieprofessor lehrt die Wissenschaft der Berührung seit 15 Jahren. Er betont: „Berührung ist unsere früheste und sozusagen elementare Sprache der sozialen Bindung.

Mit dem Ausdruck „früheste Sprache“ bezieht Keltner sich zunächst auf die Evolutionsgeschichte. Man nimmt an, dass wir Menschen „taktile Kommunikation“ nutzten, bevor wir anfingen, Sprache zu entwickeln.

„Früheste“ bezieht sich aber auch auf das Individuum. Über den Tastsinn nimmt ein Fötus noch im Bauch der Mutter seine ersten Sinneseindrücke wahr. In den ersten Lebensmonaten ist der Tastsinn der wichtigste und am weitesten entwickelte Sinn eines Säuglings. Über das Tasten beginnen Babys, die Welt zu erkunden, Vertrauen zu entwickeln und zu lernen, wo ihr Körper endet und alles andere beginnt.

In einer der einflussreichsten und zugleich erschütterndsten psychologischen Studien zum Thema Berührung ging es um Säuglinge, in diesem Fall um junge Laboräffchen. Ende der 1950er-Jahre trennte ein Team unter Leitung des Psychologen Harry Harlow von der University of Wisconsin neugeborene Rhesusaffen von ihren Müttern und sperrte sie in Käfige mit zwei Affenattrappen. Eine war aus blankem Draht, die andere mit weichem Frotteestoff überzogen.

„ICH MÖCHTE ANDEREN HELFEN“

Der pensionierte Lehrer Neil Oldham aus Michigan, USA, verlor wegen eines Tumors 2018 seinen rechten Unterarm. Er erklärte sich bereit, an Forschungen der University of Michigan zur Wiederherstellung des Tastsinns teilzunehmen. Dafür nahm er eine weitere Operation zum Implantieren der Elektroden in Kauf. „Ich bin gerne das Versuchskaninchen, wenn es denn anderen hilft.“

OBEN

Motivation

Im Alltag trägt Oldham eine Hakenprothese, mit der er „gut zurechtkommt“. Es mache ihm Freude, in seiner Holzwerkstatt zu werkeln. Doch die Verletzungen von Kriegsveteranen nach dem 11. September 2001 gingen ihm nicht aus dem Kopf. Also meldete sich Oldham für ein Experiment, das ihm ermöglichen soll, den Tastsinn wiederzuerlangen.

UNTEN

Vorbereitung

Oldham wird vor seiner Operation, bei der Ärzte ihm Elektroden implantieren, von Carrie Kubiak, Ärztin für plastische Chirurgie am Krankenhaus der University of Michigan, untersucht. Der leitende Chirurg Paul Cederna hat Oldhams Haut dort markiert, wo geschnitten werden soll; er bezeichnet den Vorgang als „Verschmelzung von Mensch und Maschine“.

Bald bionisch

Bei einer sechs Stunden dauernden Operation bestimmt die plastische Chirurgin Carrie Kubiak (M.) exakt jene Stellen, an denen die Ärzte Elektroden in den Arm ihres Patienten OIdham implantieren. Für die Wiederherstellung des Tastsinns entwickelte das Team der University of Michigan, USA, eine eigene Technik. Zuerst werden die Nervenenden mit kleinen Muskelstücken umhüllt (was auch die Phantomschmerzen von Amputierten lindert); die Nerven wachsen später in den Muskel hinein. In diese Bündel werden die Drähte implantiert, sodass eine Stimulation sowohl Nerven als auch Muskeln aktiviert.

OBEN

Draht-Verbindung

Nach dem Eingriff durchdringen 24 Drähte die Haut an Neil Oldhams Oberarm. Die Forscher hoffen, dass eine Stimulation der Nerven und Muskeln nach und nach zu einer Zusammenarbeit mit den Sensoren einer Armprothese führt, damit Oldhams Gehirn die eintreffenden Signale so wahrnimmt, als würden sie von seiner fehlenden Hand stammen. „Die Wiederherstellung echter Gliedmaßen wäre natürlich ideal“, meint Oldham. „Aber ich bin halt ein Träumer.“

UNTEN

Gedankenkontrolle

Nachdem Oldhams Wunde über den Sommer abgeheilt ist, laden die Forscher ihn für erste Tests ins Labor der University of Michigan, USA, ein. Die Prothese, die er hier trägt, hat noch keine berührungsempfindlichen Sensoren; diese Testphase kommt später. Doch Oldham verfügt eigenen Aussagen zufolge bereits über eine bemerkenswerte Gehirn-Muskel-Kontrolle mit seiner bionischen Hand: „Sie tut, was ich will!“

In einem der Harlow-Versuche gab nur die Drahtattrappe Milch ab. Die Babys lernten eigenständig, daraus zu trinken, doch sobald sie fertig waren – und auch immer dann, wenn die Wissenschaftler sie mit einem furchteinflößenden mechanischen Monster mit wackelndem Kopf konfrontierten –, flüchteten sie zu ihren Stoffmüttern und drückten sich an deren flauschige Mitte. Sie taten dies auf eine Art, die man nur als verzweifelte Umklammerung beschreiben kann.

Im Internet kursiert ein altes Video von Harlows Versuchen, und es ist furchtbar anzusehen: Harlow in seinem Laborkittel, der mit ruhiger Stimme etwas erklärt, während sich ein einsames Baby in einem Käfig an Frotteegewebe presst.

Gleichwohl ging es dem Psychologen darum, den Nachweis für einen damals regelrecht ketzerischen Standpunkt zu erbringen. Einflussreiche westliche Erziehungsexperten wiesen Eltern seinerzeit nämlich an, ihre Babys nicht mehr als unbedingt nötig zu berühren – das Kuscheln mit Kleinkindern sei eine antiquierte Form übertriebener Verhätschelung und noch dazu unhygienisch. Harlows Versuche waren nach heutigen Maßstäben ethisch verwerflich, doch sie halfen mit zu erkennen, wie falsch manche „Experten“ lagen.

Die Affenbabys, unsere entwicklungsgeschichtlich nächsten Verwandten, brauchten das, was Harlow „Kontaktkomfort“ nannte, so sehr, dass sie zugunsten einer kuscheligen Berührung sogar die Nahrungsquelle verschmähten.

Zahlreiche spätere Studien bestätigen die Bedeutung des Kontaktkomforts. Haut-zu-Haut-Kontakt führt bei menschlichen Babys zu spezifischen, messbaren Verbesserungen ihrer Gesundheit, etwa bei Herzschlag, Gewicht, Knochenwachstum und Infektionsresistenz. Das zwingt mancherorts zum Umdenken.

Brutkästen wurden entwickelt, um Frühchen und andere Babys mit geringem Geburtsgewicht zu ihrem eigenen Schutz in steriler Isolation zu halten. Einige Krankenhäuser jedoch setzen inzwischen auf ein Konzept namens Känguru-Mutter-Pflege: Die Neugeborenen werden so bald wie möglich nach der Geburt an die nackte

Spürbare Besserung

Nachdem Scott Imbrie sich 1985 bei einem Autounfall einen Halswirbel gebrochen hatte, litt der Landschaftsgärtner jahrelang unter einer gestörten taktilen Wahrnehmung. Heiß beispielsweise fühlte sich an wie kalt. Im Rahmen einer Tastsinnforschung hat Imbrie jetzt Gehirnimplantate, die mit einem Computer verbunden werden können. Zu Hause in Illinois, USA, bereitet Imbrie sich auf einen Labortermin vor. „Ich lerne gerade wieder zu fühlen“, sagt er.

Brust ihrer Mutter gelegt und verbleiben dort viele Stunden lang.

Babys, die Haut an Haut mit ihrer Mutter liegen, haben nicht nur unentwegten, unmittelbaren Zugang zur Muttermilch und können so die schützenden mütterlichen Mikroorganismen aufnehmen. Krankenhausstudien haben darüber hinaus ergeben, dass auch ein anderer Erwachsener als vorübergehendes Haut-an-Haut-Känguru einspringen kann – denn ohne Übertreibung lässt sich sagen, dass die körperliche Wärme und die Berührung einer Mutter, eines Vaters oder sonst einer fürsorglichen Person ein Neugeborenes am Leben halten kann.

F ÜHLEN SIE MAL“, forderte Veronica Santos mich auf und zog vier rechteckige Kacheln aus einer Schreibtischschublade. „Schließen Sie die Augen.“ Was meine Finger innerhalb weniger Sekunden verrieten: Kunststoff, alle vier Kacheln. Vertiefungen auf einer Kachel. Ein Buckel auf einer anderen. Rundungen. Ecken und Kanten. Ein erhabenes Quadrat in Briefmarkengröße.

Wenn Ihnen zumindest eine Hand zum Ertasten zur Verfügung steht, machen auch Sie diese Art spontanes Haut-zu-Hirn-Memo täglich aufs Neue. Welche der Formen, die Sie in Ihrer Handtasche ertasten, ist der Stift, den Sie suchen?

Steckt Ihr Portemonnaie noch in Ihrer Gesäßtasche? Haben die Kinder klebrige Flecken auf den Autopolstern hinterlassen? Sofern Sie gerade ein Kleidungsstück tragen, versuchen Sie, seinen Stoff zu ertasten: Hose, Hemd, Schlafanzug, egal. Sie dürfen nur nicht nachgucken. Santos, Ingenieurin und Leiterin des Biomechatronik-Labors der University of California, Los Angeles, ließ auch mich das tun – die stoffliche Beschaffenheit meines Rocks beschreiben. Sie und ich haben darauf vermutlich ähnlich reagiert: Wir haben nicht einen Finger aufgesetzt, wie wir etwa auf einen Punkt auf einer Landkarte deuten würden. Stattdessen haben wir eine oder zwei Fingerspitzen leicht über den Stoff gleiten lassen oder ihn zwischen Zeigefinger und Daumen gerieben.

Wir Menschen sind, wie ich einmal eine Wissenschaftlerin sagen hörte, „von einem unfassbar komplexen, mit Sensoren durchwobenen Tuch umhüllt“. Sie meinte die Haut, unser größtes Organ. Hautschichten enthalten Hunderttausende von Rezeptorzellen, die ungleichmäßig über die gesamte Körperoberfläche verteilt und auf unterschiedliche Aufgaben spezialisiert sind. Einige Rezeptoren senden dem Gehirn Signale über die Temperatur oder eine Verletzung, die wir als Schmerz wahrnehmen. Andere scheinen auf Beruhigung spezialisiert zu sein.

So erzeugen bestimmte Rezeptoren, die besonders dicht in der behaarten Haut an Armen und dem Rücken liegen, ein angenehmes Gefühl, sobald die betreffenden Hautareale gebürstet oder gestreichelt werden.

Wieder andere Rezeptoren senden dem Gehirn Informationen, die uns rund um die Uhr darüber in Kenntnis setzen, was wir anfassen, was wir tun und benutzen. Die Dichte dieser Mechanorezeptoren ist auf der Innenseite der Fingerkuppen sowie der Handfläche besonders hoch. Sie arbeiten für Sie, liebe Leser, höchstwahrscheinlich genau jetzt: Sie haben mit Ihren Fingern die Seiten dieser Zeitschrift umgeblättert, richtig? Falten Sie nun versuchsweise eine der Seiten, und fahren Sie dann bei geschlossenen Augen mit einem Finger am Falz entlang, während er auf einer glatten Seite ruht.

Haben Sie das gemacht? Gut. Zwischen Ihrer Hand und Ihrem Gehirn ist gerade ganz viel passiert. Der Druck auf Ihre Fingerkuppen, die Verformung Ihrer Haut, die kaum merkbaren Vibrationen, als Sie über die Oberflächen strichen – jede dieser winzigen Veränderungen an Ihrem eigenen, mit Sensoren versehenen „Tuch“ hat ihre Mechanorezeptoren stimuliert.

Vier Arten von Mechanorezeptoren haben Forscher identifiziert. Jene Rezeptoren, die Vibrationen wahrnehmen, feuerten zum Beispiel, als Ihre Fingerspitzen über die Textur des Papiers oder auch des Kleidungsstoffes vorher glitten. Die Nerven leiten diese Signale von der Haut direkt zum Gehirn, das sie sofort sortiert und versteht: Glatt. Weich. Eine andere Art von weich. Jeansstoff. Kordsamt.

Natürlich findet nichts davon isoliert statt.

Der Kontext – Gerüche, Geräusche, Erinnerungen, situativer Input – beeinflusst alles. Ich weiß, dass das Kordsamt ist, weil ich vor langer Zeit gelernt habe, wie sich Kordsamt anfühlt. Das ist der Grund, warum die Berührung einer fremden Hand in einem Kontext angenehm und in einem anderen abstoßend sein kann. „Unsere gesamte Wahrnehmung baut auf der Grundlage unserer lebenslangen Erfahrung auf “, erklärte mir der Biomedizintechniker Dustin Tyler von der Case Western Reserve University. „Das System, mit dem wir arbeiten“ – er meint das Zusammenspiel von Rezeptoren, Nerven und Gehirn – „nimmt pausenlos Informationen auf, ordnet sie ein, assoziiert, verbindet sie und erschafft unser Wir. Wir versuchen, das zu erschließen.“

Tyler leitet das multidisziplinäre Team, das mit Brandon Prestwood und neun weiteren Patienten arbeitet. Ein Gespräch mit Tyler kann zwischen Metaphysik und schierer Begeisterung schwanken. Ich habe ihn einmal gefragt, wie er von einem Ingenieurstudium zu Experimenten kam, die der Wiederherstellung von Sinnesorganen dienen. Seine Antwort schloss Ausdrücke wie „heilige Scheiße“ und „abgefahren“ ein.

Letztlich sorgt eine körpereigene Elektrizität dafür, dass Neuronennetze funktionieren.– ein Begriff, den Forscher bisweilen verwenden, wenn sie aktuelle Technik in Prothesen einbauen – dafür sorgen, dass diese Gliedmaßen auch „naturnah“ fühlen? Könnte eine Prothese mit eingebauten Sensoren in Verbindung mit implantierten Elektroden einen Amputierten Berührungen so wahrnehmen lassen, als wäre die künstliche Hand ein lebendiges Körperteil?

Die Antwort, die auf Untersuchungen an der Case Western Reserve und einem halben Dutzend anderer Forschungszentren weltweit beruht, lautet: Ja. Mehr oder weniger.

„Wir haben festgestellt, dass es für all unsere Probanden eine gewisse Herausforderung darstellt, ihre Empfindung zu beschreiben“, berichtete Tyler. „‚Kribbeln‘ ist ihre häufigste Umschreibung. Meistens fehlt ihnen aber ein Bezugsrahmen. So etwas haben sie vorher noch nie gefühlt.“

„Wir Menschen sind UMHÜLLT“, wie eine Wissenschaftlerin es ausdrückte,„von einem unfassbar komplexen, mit SENSOREN durchwobenen Tuch“ – unserer HAUT.

Die Signale, die in unseren Nerven auf und ab flitzen, werden als elektrische Impulse durch die Zellmembranen geleitet. „Das Gehirn hat mich immer ungeheuer fasziniert“, sagte Tyler. „Ich staune bis heute jeden Tag darüber, wie die Maschine, in der wir uns bewegen, funktioniert.“

Die Überschneidung von Neurowissenschaft und Technik blickt auf eine lange Tradition. In den 1960er-und 1970er-Jahren begannen Wissenschaftler, die Muskeln gelähmter Menschen mittels elektrischer Stimulation und Elektroden zu aktivieren, die ihnen chirurgisch eingepflanzt oder auf der Haut angebracht wurden.

Tylers Frau Joyce ist Ergotherapeutin im Ruhestand. Ihre Arbeit mit Patienten, die eine Amputation hinter sich haben, machte den Biomedizintechniker auf eine neurotechnische Herausforderung des 21. Jahrhunderts aufmerksam: Wie steht es um Berührungen? Könnte man bei der Entwicklung „naturnaher“ Prothesen

Wie ein kalter Wassertropfen, habe ein Patient gemeint. Oder das Kribbeln, das auftrete, wenn die Hand oder der Fuß eingeschlafen sind. „Ich benutze manchmal das Wort ‚prickeln‘, aber das ist fast schon zu stark“, sagte mir Prestwood. „Es ist, als ob jemand die Spitze einer Nähnadel nimmt und nicht versucht, mich zu stechen, sondern meine Haut nur berührt.“

Jedes Forschungszentrum experimentiert mit seiner eigenen Kombination von Implantaten und Prothesen. Die Grafik auf den Seiten 60 und 61, die mit Unterstützung des Ingenieurs Max Ortiz Catalán von der Technischen Hochschule Chalmers in Göteborg erstellt wurde, zeigt den Aufbau, den die dortigen Wissenschaftler entwickelt haben.

Der Hauptgedanke lautet wie folgt: Nach einer Amputation – wie bei Prestwood, der seinen Unterarm verloren hat – sind die Nerven im verbliebenen Teil der Gliedmaße durchtrennt.

Schritt für Schritt

Chloe Nunez wedelt mit einem Besen, um das Interesse ihrer Tochter zu wecken. Gemeinsam mit zwei Wissenschaftlerinnen ermutigt sie die 16 Monate alte Campbell, eine Rampe hinunterzulaufen. Mutter und Kind sind Probanden am Infant Action Lab der New York University, USA, wo ein Team untersucht, wie Kleinkinder Herausforderungen wie etwa unbekanntes Terrain erkunden. „Berühren hilft ihnen“, erklärt Psychologin Karen Adolph. Natürliche Sensoren in den kleinen Füßchen und Zehen senden Campbells Gehirn wichtige Daten darüber, wie – und ob – sie weitergehen soll.

Streicheleinheit

Auf Streicheln spezialisierte Nervenfasern, sogenannte CT-Nerven, reagieren auf langsame, gleitende Berührungen – vor allem an Armen und dem Rücken – und rufen ein Wohlbefinden hervor. Neurowissenschaftler der University of Virginia, USA, erforschen mögliche Zusammenhänge mit Autismus und anderen Entwicklungsstörungen. Dafür messen sie die Gehirnaktivität von sich normal entwickelnden Babys, so wie hier beim neun Monate alten Ian Boardman, der mit einem Pinsel gestreichelt wird.

Gleichwohl sind diese Nerven immer noch in der Lage, Signale zu senden, die das Gehirn als von der fehlenden Gliedmaße kommend wahrnimmt. Dies kann zum Beispiel auch Phantomschmerzen verursachen.

Der Trick besteht darin, die Signalübertragung wiederherzustellen. Und das geht so: Die Sensoren in einer Versuchsprothese können den Kontakt mit einer Oberfläche – eines Prothesenfingers etwa, der eine Tischplatte berührt – in elektrische Signale umwandeln. Damit gelangen Daten an einen Computer, der diejenigen Nervenenden bestimmt, die stimuliert werden müssen, damit das Gehirn die Berührung an der richtigen Stelle (Zeigefinger? Daumen? Mittelgelenk des Ringfingers?) wahrnimmt.

Über feine Drähte, die dem Patienten implantiert werden, schickt der Computer Impulse an eine Elektrode, die den korrekten Nerv stimuliert; und der wiederum leitet biologische elektrische Impulse im Nervengeflecht weiter. Et voilà: Sensorische Informationen, im Idealfall die richtigen, sind auf dem Weg zum Gehirn.

Den Studienteilnehmern – bislang sind es etwa zwei Dutzend in US-sowie europäischen Forschungskliniken – verlangen die Versuche einiges ab: eine langwierige Operation, gefolgt von vielen Stunden in Forschungslabors und der Beantwortung zahlreicher Fragen, während sie an einen Computer angeschlossen sind.

„Ich wollte etwas beitragen“, sagte Keven Walgamott, ein Immobilienmakler aus Utah.

Vor zwei Jahrzehnten verlor Walgamott Teile seines rechten Arms und Fußes infolge eines Stromschlags, als er in seinem Vorgarten eine Pumpe aus einem Brunnen hob. 2016 meldete sich Walgamott für ein gutes Jahr freiwillig als Testperson bei der University of Utah.

Im Labor, angeschlossen an einen Computer, legte Walgamott eine sensorgesteuerte Prothesen an. In diesem Fall heißt sie Luke, was für life under kinetic evolution steht, aber auch für die Figur Luke Skywalker aus „Star Wars“, der in einem Lichtschwertkampf mit Darth Vader seine Hand verliert. Am Ende des Films „Das Imperium schlägt zurück“ trägt Luke eine Prothese, die offenbar alles kann, auch fühlen.

Wenn Sie „Walgamott eggs“ oder „Walgamott grapes“ in eine Suchmaschine im Internet eingeben, können Sie Walgamott im Labor in Utah mit „seinem“ Luke beobachten: Konzentriert, mit ernster Miene, führt er die Art von einfachen Tätigkeiten aus, die für Hände, die nicht fühlen können, praktisch unmöglich sind. Er hebt ein rohes Ei auf und legt es vorsichtig in eine Schale.

Er hält mit der unversehrten Hand eine Weintraube, schließt dann eine Daumen-und Fingerprothese um eine Weinbeere und pflückt sie von der Traube, ohne sie zu zerquetschen.

Videoclips aus anderen Forschungszentren zeigen ähnliche kleine Triumphe: in Case Western einen Patienten mit verbundenen Augen, der mit Prothesenfingern die Stiele von Kirschen abzieht; in Schweden einen Patienten der Chalmers-Hochschule, der in seiner Garage mithilfe einer Prothesenhand Werkzeuge benutzt.

Wonach die Mehrzahl der Patienten sich allerdings am meisten sehnte, war die Berührung menschlicher Haut. „Ich war erstaunt, wie viele einfach nur Körperkontakt wollten“, sagte Tyler. „Es ging ihnen nicht um Funktionalität, sondern um: ‚Ich möchte die Hand meiner Frau halten.‘“

Einmal fragte ich Prestwood, warum es ihm so wichtig war, Amys Finger um seine fehlende linke Hand zu spüren, wo doch seine intakte rechte Hand die ganze Zeit da war. Es sei schwer in Worte zu fassen, meinte er. Nach sechs Jahren auch links wieder die Hand seiner Frau zu spüren, gebe ihm das Gefühl, „vollständig“ zu sein.

Was bedeutet es, Freude über die Berührung eines geliebten Menschen zu empfinden, wenn das Gefühl doch dem leichten Pieksen einer Nähnadel gleicht? Und wenn bestimmte Impulse an den Kortex als das Drücken menschlicher Finger wahrgenommen werden können – was könnte das für Menschen bedeuten, die über weite Entfernungen voneinander getrennt sind? „Heilige Scheiße“, sagte Tyler wieder. „Das geht weit über Prothetik hinaus.“

D AS L ABOR VON Veronica Santos in Los Angeles, USA, stand voller Roboter. „Biomechatronik“ bedeutet im Wesentlichen das, wonach es klingt: die Verschmelzung biologischer und mechanischer Wissenschaft, und Santos ist auf die Entwicklung von Sensoren für Roboterhände spezialisiert. Ein Großteil ihrer Arbeit zielt darauf ab, Roboter für den Einsatz in medizinischen Bereichen sowie an gefährlichen Orten wie den Tiefen des Meeres noch besser zu qualifizieren. Seit drei Jahren arbeitet sie zudem mit Tyler an einer Reihe von Experimenten im Bereich … nun, die Nomenklatur ist noch nicht fix. Man könnte „Fernberührung“ oder „verteilte Berührung“ sagen.

Wissenschaftler und Science-Fiction-Autoren überlegen seit Jahrzehnten, wie so etwas ablaufen könnte: eine Person an einem Ort, die mit einer Person oder einem Gegenstand an einem anderen Ort einen gefühlten Körperkontakt herstellt. Wenn Sie schon einmal das Vibrieren eines Mobiltelefons gespürt haben, stecken Sie bereits mittendrin. Die Vibration ist ein drahtloses Signal von einem anderen Ort aus, das einen winzigen Motor aktiviert, der seinerseits die Mechanorezeptoren in Ihrer Haut aktiviert. nachzubilden, womit mein kleiner Neffe vor neun Monaten geboren wurde“, sagte Santos. „Das macht mich demütig.“

An dem Tag, an dem ich über eine Distanz von acht US-Bundesstaaten hinweg Santos’ Finger spüren sollte, trug die Forscherin T-Shirt, Jeans und eine Covid-19-Schutzmaske. Durch die VR-Brille, die mir zwei Forscher an der Case Western in Cleveland aufgesetzt hatten, erhaschte ich per Livestream einen verwackelten 3-D-Blick auf Santos. Dann verschwand sie aus dem Blickfeld. Jetzt sah ich Bodenfliesen. Ein Schreibtischbein.

Zwei beschuhte Füße – oh, Santos’ Füße. Ich blickte auf. „Hallo“, grüßte Santos. Santos begrüßte mich – beziehungsweise einen Roboter auf Rädern, der, nachdem er um die Möbel ihres Labors herumgekurvt war, angehalten hatte, um sein Videokameragesicht auf Santos zu richten. Um es mit den Worten

Das, was viele Studienteilnehmer mit Prothesen FÜHLEN wollen und wonach sie sich sehnen, ist die BERÜHRUNG von MENSCHLICHER HAUT.

Handschuhe kaufen, die zusammen mit einer Virtual-Reality-Brille getragen werden und so verdrahtet sind, dass Finger und Handflächen eine Form von Berührung spüren, wenn die virtuellen Hände virtuelle Dinge berühren. Gamer sind der größte Abnehmermarkt für solche Handschuhe; sie werden aber auch verwendet, um VR-Trainingsgeräte wie Flugsimulatoren realistischer zu gestalten.

Verglichen mit der „Symphonie“, die die natürliche menschliche Berührung darstellt, hat die Technologie jedoch noch einen weiten Weg vor sich. Die Symphonie-Metapher stammt übrigens nicht von mir; ich habe sie von drei verschiedenen Wissenschaftlern gehört, die mir helfen wollten, die orchestrale Koordination hinter unseren Empfindungen zu verstehen.„Ich behelfe mir mit diesen faszinierenden Dingen, und doch ist diese Technik nichts weiter als unser ungeschlachter Versuch, das

Der Fachbegriff dafür lautet „haptisch“, sich auf den Tastsinn beziehend. Jede Technologie, die Berührungsempfindungen auslöst, ist haptisch. Inzwischen kann man Virtual-Realityder Wissenschaftler zu sagen: Ich „war“ dieser Roboter, sah durch seine Augen, hörte über sein Mikrofon. Und torkelte beim Fortbewegen wie ein Betrunkener, weil ich unfähig war, flüssige Bewegungen zu übermitteln.

Im Zeitalter der Drohnen ist die Fernsteuerung an sich nichts Neues; das Neue daran war meine rechte Hand, die die Metall-und Plastikhand des rollenden Roboters in Los Angeles „verkörperte“ (wie es die Wissenschaftler ausdrücken). An meiner behandschuhten echten Handfläche und meinem Zeigefinger waren zwei Metallscheiben befestigt. Diese waren über Drähte mit einem Laborcomputer verbunden, der seinerseits über das Internet mit dem Roboter verbunden war, der über Berührungssensoren an seinen eigenen Roboterfingern verfügte.

Wann immer der Roboter eine Oberfläche berührte, schickten die Sensoren Impulse an sein Robotergehirn, einen Computer. Die Impulse flitzten von Kalifornien nach Ohio durch die Laborverkabelung auf die Metallscheiben an meinen Händen, durch meine Haut und dann über meine Nerven in meinen somatosensorischen Kortex.

Kuscheln mit Kühen

Aimee Takaha hatte die Farm Animal Sanctuary in Arizona, USA, eigentlich als Gnadenhof für Tiere aufgezogen. Doch dann sprach es sich unter Familien mit autistischen Kindern herum, dass das Berühren der sanftmütigen Tiere die Kinder beruhigte. Heute würden Kunden jeglicher Couleur tierische Kuschelstunden buchen, sagt Takaha.

Zurück ins Leben

Margaret Malarney war 14 Jahre alt, ein lebhaftes, sportliches Mädchen, als sie sich 2020 einer Lymphom-Behandlung unterziehen musste. Sie erlitt innere Blutungen. Ihre Eltern machten sich auf das Schlimmste gefasst – bis Margaret ihren Namen aussprach, als Mutter Kate sie im Arm hielt. Inzwischen macht Margaret gute Fortschritte, die Reha schließt bewusst viele Berührungen ein. „Auf diese Weise haben wir einen Zugang zu ihr gefunden“, sagt Kate. Zu Hause in Chagrin Falls, Ohio, legt sie ihre Hände auf die ihrer Tochter. Der Teenager drückt die Wirbelsäule durch, während die Bewegungspädagogin Polly Manke ihr die Schultern stützt.

Ein Prickeln, hatte Prestwood es genannt, aber schwächer; die Spitze einer Nadel. Das waren gute Ausdrücke für meine Empfindung. Hinzu kam ein Druck gegen meine Finger, wenn ich, beziehungsweise der Roboter, die Hand um das Weinglas aus Kunststoff schloss, das auf einem Tisch neben Santos stand.

Das Experiment war darauf ausgelegt, den Eindruck zu erwecken, dass zwei Personen einen Geschäftsabschluss feierten, inklusive Anstoßen und einem festen Händedruck. Das Anstoßen gelang mir nicht; mein Roboter-Ich ließ das Glas immer wieder fallen.

Der Wissenschaftler, dessen Platz ich vorübergehend eingenommen hatte, war Luis Mesias von der Case Western Reserve. Der Doktorand war weitaus erfahrener im Umgang mit Berührungen über große Entfernungen hinweg.

Er hatte gelernt, seine behandschuhte Hand so geschickt zu führen, dass er das Glas in Los Angeles am Stiel anfassen und achtsam gegen ein zweites Glas stoßen konnte, das ein dortiger Kollege hochhob. Klack.

Mesias, der den Laborroboter „verkörperte“, hat auch schon eine Banane „ferngeschält“ und eine Zahnpastatube aus der Ferne sanft ausgedrückt. Geben wir also der Forschung genügend Zeit. Dann lässt sich eine Zukunft ausmalen, in der Berührungen ebenso lebendig übertragen werden wie heute Bilder und Töne. Alles könnte „tele-mäßig“ vonstatten gehen: Arbeiten, Reisen, Einkaufen, Familientreffen, Trösten, sexuelle Intimität. Medizinische Versorgung, die die Berührung durch einen Arzt erfordert.

Ich musste noch lange an Brandon und Amy Prestwood denken. An den kraftvollen Druck der Arme meiner Tochter, die mich während der Covid-19-Pandemie durch die Plastikfolie umschlossen hielten. Daran, wie der Verstand Erlebtes und aktuelles Setting mit jenen Impulsen verschmelzen kann, die durch die menschlichen Nervenbahnen laufen.

Vor zwei Jahren, in den ersten Wochen des Lockdowns, hatte mir ein Pastor von seinen ersten Sonntagsgottesdiensten via Zoom erzählt.

Am schmerzlichsten hätten seine Gemeindemitglieder den sogenannten Friedensgruß vermisst: das gemurmelte „Der Friede des Herrn sei mit dir“ und das kurze Händereichen über die Kirchenbänke hinweg. Keiner von uns kam damals auf die Idee, sich über die Biologie dieser Berührung Gedanken zu machen; über eine zweisekündige Verformung der Hautzellen, durch die sich Menschen miteinander und mit ihrem Gott verbunden fühlen.

Brandon Prestwood spricht zuweilen vor Wissenschaftlern. Ihm fiel auf, dass sich seine Zuhörer immer dann ein bisschen gerader hinsetzen, wenn er zu dem Teil kommt, wo er Amys Hand spürt. „Einmal habe ich was von einem Soldaten erzählt, der für ein Jahr in Afghanistan oder so stationiert ist“, sagte Prestwood bei einem unserer Gespräche. Es handelte sich um eine erdachte Figur, und Prestwood stellte sich vor, was die Experimente langfristig bewirken könnten. „Vor dem Auslandseinsatz dieses Soldaten wurde seine Frau schwanger, er hat seine kleine Tochter nie gesehen, aber mittels dieses Systems ist er in der Lage, die Hand nach ihr auszustrecken und sie irgendwie zu berühren. Dasselbe gilt für den Geschäftsmann, der über Monate nicht zu Hause ist. Oder die Fotografin, die für NATIONAL GEOGRAPHIC auf dem Weg in die Elfenbeinküste ist.“

Er meinte Lynn Johnson, deren Bilder diesen Artikel begleiten. Johnson verbrachte einige Zeit bei den Prestwoods zu Hause in Hickory, North Carolina. Dabei habe sie ihnen von einem bevorstehenden Auftrag in Afrika erzählt. Prestwood stellte sich also vor, wie die Fotografin in Zukunft eine dann handelsübliche Version nervenstimulierender Elektroden und taktiler Sensoren im Gepäck mitführe, zu der es im Haus ihres verwitweten Vaters in Arizona ein Gegenstück gebe. „Damit“, sagte er, „hätten die beiden weiter die Chance auf eine vertraute Berührung.

“ j Aus dem Englischen von Dr. Eva Dempewolf

Cynthia Gorney arbeitet als Autorin für NATIONAL GEOGRAPHIC. Ihr Essay über „Das Jahr in Bildern“ erschien in der Januar-Ausgabe. Lynn Johnson ist langjährige Mitarbeiterin. Für die November-Ausgabe 2019 hat sie einflussreiche Frauen rund um den Globus fotografiert.