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Warum ich meine Genomsequenz für die Öffentlichkeit gespendet habe

DNA (adapted) (Image by PublicDomainPictures [CC0 Public Domain] via Pixabay)

Vor ein paar Jahren habe ich mein komplettes Genom sequenzieren lassen – alle sechs Milliarden Basenpaare. Und anstatt es für mich selbst zu behalten, habe ich es als erster Mensch weltweit der Öffentlichkeit zugänglich gemacht, indem ich es dem Personal Genome Project UK, einer von Forschern geleiteten Organisation, gespendet habe. Da jeder auf die Daten zugreifen kann, kann die Öffentlichkeit – in Zusammenarbeit mit professionellen Wissenschaftlern – einen Beitrag zur Datenanalyse leisten.

Meine Spende habe ich unter dem umstrittenen Prinzip der freiwilligen Zustimmung gemacht. Vier andere Leute haben dies seitdem getan. Das bedeutet, dass wir damit einverstanden sind, dass unsere personenbezogenen Daten für jedermann frei zugänglich sind und keinen Anspruch auf Privatsphäre erheben. Das Projekt hört nicht bei der Verbreitung persönlicher Genomsequenzen auf, sondern geht weit darüber hinaus, indem es die Daten mit persönlichen Gesundheitsdaten, Informationen über Merkmale und die Umweltexposition des Einzelnen verknüpft. Gerade diese reichhaltige Informationsvielfalt macht die Initiative zum persönlichen Genomprojekt einzigartig und mächtig.

Daten aufdecken

Die menschliche Genomsequenz kann auch als der ultimative digitale Identifikator angesehen werden – wir alle haben eine einzigartige Sequenz. Derzeit werden die meisten Humangenom-Daten anonym gehalten, und es ist nicht generell möglich, diese Daten mit den persönlichen Daten der Versuchspersonen zu verknüpfen. Aber das reduziert die potenzielle Nutzbarkeit erheblich.

Je mehr Genome wir mit zusätzlichen Informationen verknüpfen können, desto näher rücken wir an die Aufdeckung der genauen Merkmale und Bedingungen heran, die mit welchen Genen verbunden sind. Wenn wir das wissen, werden die Behandlungsmöglichkeiten enorm sein. Es wird eine echte, personalisierte medizinische Behandlung ermöglichen, in der wir Krankheiten vorhersagen können und genau wissen, auf welche Behandlungsmöglichkeiten jeder einzelne Mensch anspricht. Da die wissenschaftliche und medizinische Forschung solche Entdeckungen immer wieder macht, können diese in Zukunft durch aktualisierte Genomberichte mit den Teilnehmern der Projekte geteilt werden.

Viele führende Wissenschaftler sind der Meinung, dass es äußerst schwierig ist, genomische Daten anonym zu halten. Obwohl es Versuche gibt, die Methoden zu verbessern, gab es Fälle in denen anonyme Probanden in Forschungsarbeiten leicht identifiziert werden konnten. Oft anhand von Informationen wie Alter, Geschlecht und Postleitzahl. Vielleicht müssen wir also die Vorstellung aufgeben, dass Daten für alle Ewigkeit vollkommen anonymisiert werden können.

Es gibt Großartiges über den Beitritt zum persönlichen Genomprojekt zu berichten. Man erhält Zugang zu einem Team führender Genforscher und Bioinformatiker und bekommt detaillierte Infos über sein persönliches Genom. Ich fand meinen persönlichen Genombericht sehr hilfreich. Es hat mögliche Gesundheitsrisiken aufgezeigt, von denen ich einige mit meinem Hausarzt besprochen habe.

Eine weitere, sehr nützliche Erkenntnis ist, dass ich mehrere DNA-Varianten habe, die mich daran hindern, viele verschiedene verschreibungspflichtige Medikamente in meinem Körper abzubauen oder zu transportieren. Infolge dessen weiß ich auch, welche Stoffe bei mir funktionieren. Tatsächlich könnte möglicherweise sogar eine bestimmte Art Droge für mich tödlich sein. Gut, dass ich das weiß.

Ich möchte die Menschen auf jeden Fall ermutigen, an dem Programm teilzunehmen. Sobald Hunderttausende oder gar Millionen von Teilnehmern an der Konferenz beteiligt sind, wird das Wissen, das wir über die Auswirkungen unserer Genome auf unsere Gesundheit, unsere Eigenschaften und unser Verhalten gewinnen, einzigartig sein. Obwohl wir nicht genau vorhersagen können, was wir lernen werden, ist es wahrscheinlich, dass wir Einblicke in psychische Gesundheitsbedingungen, den Medikamenten-Stoffwechsel, persönliche menschliche Ernährung, unsere Allergien und Autoimmunerkrankungen gewinnen werden. Wir erfahren mehr über unsere Lebenserwartung, Diabetes, Herz-Kreislauf-Gesundheit und mögliche Krebserkrankungen.

Ein schwieriges Thema

Aber ich bin mir auch bewusst, dass es nicht für jeden infrage käme, sein persönliches Genom sequenziert zu bekommen. Manche Leute wollen es einfach nicht wissen und spüren, dass die Information für sie eine Menge Ängste auslösen könnte. Niemand sollte sich gezwungen fühlen, sein Genom sequenzieren zu lassen.

Ich fand heraus, dass bei meiner Sequenzierung meines Genoms ein erhöhtes Risiko für eine seltene, unangenehme Krankheit festgestellt wurde und begann sofort, Symptome zu entwickeln. Als medizinische Tests schließlich aufdeckten, dass ich nicht die notwendigen Bedingung erfüllte, verschwanden die Symptome. Das zeigt, dass solche Informationen psychosomatische Symptome verursachen können.

Eine weitere Frage, über die sich mancher vielleicht den Kopf zerbricht, ist, wie die Daten von privaten Unternehmen, einschließlich Arbeitgeber oder Versicherungen, genutzt werden können. Obwohl die Forscher sich nicht mit Genen beschäftigt haben, die mit kriminellen Aktivitäten in Verbindung stehen, sind die Rohdaten für jedermann zur Analyse da. Zwar dürfen Versicherungsunternehmen derzeit noch keine Entscheidungen auf der Grundlage genomischer Daten treffen, einige könnten jedoch befürchten, dass sich dies in Zukunft ändern könnte.

Die Familie ist ein weiterer wichtiger Faktor. Schließlich teilen wir unsere Geninformationen mit unseren Eltern und Kindern – und vielleicht möchten wir das Thema vor der Bekanntgabe unseres Genoms mit ihnen besprechen. Eine andere Sache, die man bei der genomischen Prüfung bedenken sollte, ist, dass man unter Umständen herausfinden könnte, dass die eigenen Elternteile vielleicht nicht die sind, mit denen wir aufgewachsen sind. Dies geschieht in bis zu zehn Prozent der Fälle.

Ich verstehe sehr wohl, dass diese Dinge für bestimmte Menschen von Bedeutung sein können. Ich habe sie alle in Betracht gezogen, aber ich habe beschlossen, dass letztendlich eine Vorbereitung auf das Schlimmste die beste Vorbereitung ist. Wenn man weiß, dass man ein erhöhtes Risiko für eine bestimmte Krankheit aufweisen könnte, kann man frühzeitig handeln – zum Beispiel durch eine Ernährungsumstellung oder durch medizinische Spezialbehandlungen. Neben der Spende meiner Gendaten für das Gemeinwohl war dies wohl das Wichtigste für mich.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „DNA“ by PublicDomainPictures (CC0 Public Domain)


The Conversation

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Warum der Gesundheitssektor oft Ziel von Hackern ist

Bildschirm (adapted) (Image by Pexels) (CC0) via Pixabay

Im Jahr 2016 wurden mehr als 16 Millionen Patientenakten von Gesundheitsorganisationen und Behörden gestohlen. In diesem Jahr war der Gesundheitssektor die fünfthäufigste Industrie, die ins Visier genommen wurde. Zu Beginn diesen Jahres wurde Großbritannien National Health Service von einer Ransomware Attacke getroffen, dessen Virus viele Computer, die Patientenakten und Buchungssysteme enthielten, unzugänglich gemacht hat.

Aber es sind nicht nur Gesundheitsdaten und -dienste gefährdet – sondern auch Menschenleben. Der ehemalige US-Vizepräsident Dick Cheney hat bereits im Jahr 2007 seinen Herzschrittmacher modifiziert, um zu verhindern, dass dieser gehackt werden und ihm eventuell schaden könnte. US-Beamte hatten auch kürzlich wieder vor einer solchen Gefahr gewarnt. Jedes medizinische Gerät, das mit einen Netzwerk verbunden ist – von MRT-Geräten bis zum elektrischen Rollstuhl – läuft Gefahr, von Hackern angegriffen zu werden.

Da die vernetzten Technologien immer mehr in den Gesundheitssektor eingebracht werden, wird diese Cyber-Bedrohung wahrscheinlich nur noch zunehmen. Doch wenn wir unser Gesundheitssystem vor Cyberangriffen beschützen wollen, sollten wir keine Angst vor diesen Technologien haben. Stattdessen sollten wir versuchen, sie besser zu verstehen. Wir müssen erkennen, dass diese Bedrohung schlimmer wird, wenn wir Menschen einfache Fehler machen.

Wie hoch ist die Gefahr für den Gesundheitssektor?

Die häufigste Cyberbedrohung für den Gesundheitssektor ist Datendiebstahl. Normalerweise werden diese mit einem Phishing-Angriff eingeleitet. Hat ein Arzt Zugriff zu Patientenakten, sendet der Angreifer ihm möglicherweise eine E-Mail, in der er auf einen Link oder einen Anhang klicken soll und so Malware auf den heimischen Computer herunterlädt. Der Angreifer kann dann diese Software nutzen, um Zugang zu finanziellen, administrativen und klinischen Informationssystem der Organisation zu erhalten. Im Falle des jüngsten „Wannacry“-Angriffs, bei dem auch der NHS betroffen war, hat die Malware – in diesem Fall Ransomware – den Benutzer aus ihren Computern ausgesperrt und Geld gefordert, um sie freizugeben.

Diese Angriffe können sich auch zu „fortgeschrittenen anhaltenden Bedrohungen“ gegen das Gesundheitsnetzwerk entwickeln. Diese treten auf, wenn die Malware in das Gesundheitsnetzwerk gelangt und dort unbemerkt bleibt, während sie mit dem Angreifer in Kontakt bleibt. Von dort aus kann sie sich über das gesamte Netzwerk verteilen, auch wenn der ursprüngliche Download erkannt und entfernt wird. Die Malware kann so Daten stehlen und den Netzwerkverkehr an den Angreifer senden, der dadurch genau sehen kann, was im System in Echtzeit passiert.

Angreifer können auch das Gesundheitsnetzwerk nutzen, um sich in angeschlossene medizinische Geräte und Ausstattungen wie Ventilatoren, Röntgengeräte und medizinische Laser zu hacken. Von dort aus können sie sich eine „Hintertür“ einrichten, durch die sie einen dauerhaften Zugang zu den Geräten erhalten, auch wenn die Software aktualisiert wird, um die Sicherheit zu verbessern.

Es ist auch möglich, dass Angreifer eines Tages künstliche Intelligenz für komplexere Angriffe nutzen. Zum Beispiel könnten Hacker ein intelligentes System verwenden, um Algorithmen im Gesundheitswesen zu blockieren, die Rezepte oder Medikamentenbibliotheken verwalten und diese anschließend durch Fälschungen ersetzen.

Warum ist das Gesundheitswesen so ein interessantes Ziel?

Jede Organisation, die mit Computern arbeitet, läuft Gefahr, Opfer von Cyberangriffen zu werden. Doch wer wirklich Geld erpressen will, findet weitaus interessantere Ziele. Der jüngste Angriff auf die NHS beispielsweise brachte nur sehr wenig Lösegeld.

Ein wesentlicher Grund für die Bedrohung des Gesundheitssektors ist, dass er als kritische Infrastruktur, neben Wasser-, Strom- und Verkehrsnetzen, eingestuft wird. Dies macht es zu einem attraktiven Ziel für Hacker, die Chaos verbreiten wollen, vor allem aus dem feindlichen Ausland. Der Angriff auf eine Gesundheitsorganisation, die Teil einer größeren Infrastruktur ist, könnte auch einen Weg in andere kritische Einrichtungen bieten.

Ein Grund für die riesige Anzahl von Möglichkeiten von Angriffen auf das Gesundheitssystem ist, dass sie sich auf Technologien verlassen. Der Gesundheitssektor macht sich heutzutage massiv von teurer Technik abhängig. Sie nutzen sie nicht nur in Form von Computersystemen und Krankenhausequipment, sondern auch durch die Nutzung von Geräten, die Menschen an oder sogar innerhalb ihres Körpers tragen, wie Fitnessüberwachungsgeräte oder digitale Herzschrittmacher. Es gibt aber auch jede Menge Möglichkeiten für einen Gesundheits-Hacker – von Datennetzen über mobile Anwendungen und sogar nicht-medizinischen Überwachungssystemen wie CCTV.

Insbesondere die Ausbreitung des „Internet of Things“, die mittlerweile fast schon standardmäßige Verbindungen von Geräten und Objekten zum Internet, erhöht die Anzahl von potenziellen Zugriffspunkten für Hacker. Im Gegensatz zu vielen trivialen Anwendungen haben die mit dem Netz verbundenen medizinische Geräte offensichtliche Vorteile, weil sie sofort nützliche Daten oder Anweisungen mit dem medizinischem Personal austauschen können. Hier liegt eine der größten Gefahren, weil die Geräte oft an kritischen Prozeduren oder Behandlungen beteiligt sind. So wäre beispielsweise eine Störung der Signale von einem robotergetriebenen chirurgischen Werkzeug absolut verheerend.

Wie können wir den Gesundheitssektor vor Angriffen schützen?

Die meisten Angriffe gegen den Gesundheitssektor fallen in die Kategorie der Raketenangriffe. Sie können den Angegriffenen nicht nur spontan schaden und begrenzte Spuren hinterlassen, sie können auch erhebliche Schäden verursachen. Dies macht es sehr schwierig, die Angreifer aufzuspüren oder zukünftige Angriffe vorherzusagen.

Die Organisationen des Gesundheitswesens sind sich bereits dieser Gefahr bewusst und beginnen, Maßnahmen zu ergreifen, um sich selbst zu schützen. Dies geschieht beispielsweise durch den Einbau von Cyber-Sicherheit in ihre Strategien zur Informationstechnologie. Auf einen „Delivery level“ können Krankenhäuser neue Sicherheitsstandards etablieren und bessere Wege zur effektiven Integration der verbundenen Systeme finden.

Doch der Gesundheitssektor leidet unter denselben Problemen wie jede andere Technologie. Wenn ein Sicherheitsteam denkt, dass es ein Problem erfasst hat, taucht schon das nächste auf. Wenn ein Problem gelöst ist, gibt es direkt noch mehr. Diese Probleme sind von Menschen für Menschen entworfen – daher lässt sich vermuten, dass sie für menschlichen Fehler anfällig sind.

Obwohl man das Personal so gut wie möglich trainieren kann, braucht nur jemand auf einen Button klicken, um Malware in das System hineinzulassen, die anschließend das ganze System zerstören kann. Desweiteren könnte die Angst vor Rechtskosten und Verantwortlichkeiten dazu führen, dass einige Organisationen bestimmte Vorfälle nicht melden. Sie könnten stattdessen Maßnahmen ergreifen, die die Bedrohung erhöhen könnten, wie beispielsweise Lösegeldzahlungen an Hacker. In Wirklichkeit jedoch hängt der Ruf und das Vertrauen der Gesundheitsorganisationen davon ab, dass sie das wahre Ausmaß der Bedrohung erkennen und ausreichende Maßnahmen ergreifen, um sich dagegen zu schützen.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Bildschirm“ by Pexels (CC0 Public Domain)


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Was Sie schon immer über Hypnose wissen wollten

Pendulum (adapted) (Image by innerwhispers [CC0 Public Domain], via Pixabay)

Manch einer behauptet, dass Hypnose nur ein Trick sei. Andere verorten sie am Rande des Übersinnlichen – eine mysteriöse Verwandlung von Menschen in hirnlose Roboter. Nun deckt eine Neubetrachtung einiger Studien zum Thema auf, dass es tatsächlich nichts von beidem ist. Hypnose ist möglicherweise lediglich ein Aspekt normalen menschlichen Verhaltens.

Hypnose weist auf eine Reihe an Vorgängen hin, die eine Einweisung beinhalten – man kann sich auf ein Objekt fixieren, sich besonders entspannen oder sich etwas Bestimmtes ganz aktiv vorstellen – gefolgt von einem oder mehreren Vorschlägen, wie beispielsweise „Du wirst nicht in der Lage sein, deinen Arm zu bewegen“. Das Ziel der Induktion ist es, im Inneren der Teilnehmer einen Geisteszustand herbeizuführen, in dem sich diese auf die Instruktionen eines Experimentleiters oder Therapeuten konzentrieren und nicht von alltäglichen Sachen abgelenkt sind. Teilnehmer berichten oft davon, dass ihre Antworten automatisch folgen und sie keine Kontrolle über sich zu haben scheinen. Das ist ein Grund, wieso Hypnose für Wissenschaftler so interessant ist.

Die meisten Induktionen produzieren gleichwertige Effekte. Aber Induktionen sind tatsächlich nicht wirklich wichtig. Überraschenderweise hängt der Erfolg der Hypnose nicht von speziellen Fähigkeiten des Hypnotiseurs ab – auch wenn die Bildung eines harmonischen Verhältnisses in einem therapeutischen Zusammenhang sicherlich wertvoll ist. Vielmehr liegt der Hauptfaktor für eine erfolgreiche Hypnose in dem Grad der „hypnotischen Beeinflussbarkeit“. Dies ist der Begriff, der beschreibt, wie beeinflussbar wir in Bezug auf Vorschläge sind. Wir wissen, dass die hypnotische Beeinflussbarkeit sich über die Zeit hinweg nicht verändert und vererbbar ist. Wissenschaftler haben sogar herausgefunden, dass Menschen mit bestimmten Gen-Varianten eher beeinflussbar sind als andere.

Die meisten Menschen sind nur mittelmäßig für Hypnose empfänglich. Das bedeutet, dass sie als Reaktion auf hypnotische Beeinflussungen deutliche Verhaltensänderungen durchleben. Dagegen ist ein kleiner Prozentsatz (etwa 10 bis 15 Prozent) der Menschen überwiegend nicht beeinflussbar. Der Großteil der Forschung im Bereich der Hypnose konzentriert sich jedoch auf die kleine Gruppe (10 bis15 Prozent), die am ehesten beeinflussbar sind.

Innerhalb dieser Gruppe kann Hypnose dafür genutzt werden, um Gefühle des Schmerzes zu unterbinden oder um Halluzinationen und Amnesie herbeizuführen. Untersuchungen von Gehirnscans haben aufgedeckt, dass diese Menschen die Reaktion nicht nur vorspielen. Das Gehirn reagiert anders auf Beeinflussung durch Hypnose als wenn sie dieselben Reaktionen nur vorspielen oder sich vorstellen.

Eines der spärlichen Forschungsergebnisse hat gezeigt, dass der präfrontale Cortex der höchst beeinflussbaren Menschen sehr ungewöhnlich funktioniert und reagiert. Hierbei handelt es sich um eine Hirnregion, die bezüglich psychologischen Funktionen, wie der Handlungsfähigkeit und der Überwachung des Geisteszustands, eine wesentliche Rolle spielt.

Es gibt ebenso Hinweise darauf, dass höchst beeinflussbare Menschen bei kognitiven Aufgaben, die vom präfrontalen Cortex abhängen, wie beispielsweise das Erinnerungsvermögen schlechter abschneiden. Diese Ergebnisse werden jedoch aufgrund der Möglichkeit, dass es möglicherweise verschiedene Subtypen innerhalb der hoch beeinflussbaren Menschen gibt, verkompliziert. Diese neurokognitiven Differenzen mögen uns einen Einblick darin bieten, wie die besonders beeinflussbaren Menschen auf Vorschläge reagieren: Sie sind vielleicht reaktiver, weil sie sich weniger über die zugrunde liegenden Absichten ihrer Reaktionen bewusst sind.

Wenn beispielsweise der Vorschlag gemacht wird, keinen Schmerz zu spüren, können sie den Schmerz unterdrücken – sie sind sich jedoch über ihre Absicht, dass sie hierzu in der Lage sind, nicht bewusst. Dies mag ebenso erklären warum die Erfahrungen außerhalb ihrer Kontrolle stattfinden. Studien zu Neuroimaging haben diese Hypothese noch nicht verifiziert, jedoch scheint die Veränderung der Hirnregionen, die in der Überwachung des Geisteszustandes, der Selbstwahrnehmung und verwandten Funktionen verwickelt sind, innerhalb des Hypnosezustands zu geschehen.

Auch wenn die Effekte der Hypnose zunächst unmöglich klingen, wird der dramatische Einfluss von Überzeugungen und Erwartungen auf die menschliche Wahrnehmung nun weitestgehend akzeptiert. Tatsächlich ähnelt dies sehr dem Placebo-Effekt, bei dem ein Medikament ohne Wirkstoff oder eine therapeutische Behandlung nur deswegen angewandt wird, weil der Patient an die Wirkung glaubt. Vor diesem Hintergrund scheint Hypnose vielleicht doch nicht so bizarr zu sein. Scheinbar sensationelle Reaktionen auf Hypnose mögen nur markante Vorfälle der Kräfte von Beeinflussbarkeit und Überzeugungen sein und das Ziel haben, unsere Wahrnehmung und unser Verhalten zu steuern. Unsere Erwartungen, was passieren wird, werden letztlich genau dem entsprechen, was wir erleben.

Für eine Hypnose benötigt man die Zustimmung des Teilnehmers oder Patienten. Im Gegensatz zu Vermutung der Popkultur kann niemand gegen seinen Willen hypnotisiert werden – und es gibt keine Hinweise darauf, dass man dazu gebracht werden kann, unmoralische Handlungen gegen den eigenen Willen auszuführen.

Hypnose als medizinische Behandlung

Meta-Analysen sowie Studien, die Daten vieler Untersuchungen zu einem bestimmten Thema zusammengetragen haben, haben gezeigt, dass Hypnose sehr gut funktioniert, wenn es um die Behandlung verschiedener Krankheiten geht. Hierzu zählen beispielsweise das Reizdarmsyndrom oder chronische Schmerzen. Geht es um andere Probleme, denen man sich entledigen will, wie Rauchen, Angstzustände oder auch einer posttraumatische Belastungsstörung, gibt es weniger eindeutige Ergebnisse – vor allem, weil hier zuverlässige Daten fehlen.

Auch wenn Hypnose bezüglich verschiedener Krankheiten und Symptome einen wertvollen Beitrag leisten kann, ist sie kein Allheilmittel. Wer dennoch über Hypnotherapie nachdenkt, sollte dies nur in Verbindung mit einer geschulten Fachkraft tun. Leider kann in manchen Ländern, wie beispielsweise in Großbritannien, jeder als Hypnotherapeut arbeiten. Allerdings sollte jeder, der Hypnose in einem klinischen oder therapeutischen Zusammenhang verwendet, eine Ausbildung in der jeweiligen Disziplin, wie beispielsweise klinische Psychologie, Medizin oder Zahnmedizin erhalten, um sicherzustellen, dass man über ausreichende Kenntnisse auf dem Gebiet verfügt.

Wir glauben, dass Hypnose wahrscheinlich durch eine komplexe Interaktion zwischen neuropsychologischen und psychologischen Faktoren zustande kommt – manche wirken, wie hier beschrieben, andere sind eher unbekannt. Es scheint, dass diese von Mensch zu Mensch unterschiedlich sind.

Während die Wissenschaft in ihren Erkenntnissen voranschreitet, wird zugleich immer deutlicher, dass dieses faszinierende Phänomen das Potential besitzt, uns einzigartige Einsichten zu geben, wie das menschliche Hirn funktioniert. Dies beinhaltet grundlegende Aspekte der menschlichen Natur, beispielsweise wie unsere Glaubensvorstellungen unsere Wahrnehmung der Welt beeinflussen, und wie wir die Kontrolle über unsere Handlungen erleben.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Pendulum“ by innerwhispers (CC0 Public Domain)


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Zwischen Selbstoptimierung und Cyborg: Kann Biohacking unsere Produktivität steigern?

Technologie (adapted) (Image by Tumisu [CC0 Public Domain] via pixabay)

Ein gesünderes Leben, mehr mentale Stärke, bessere Konzentration und eine bessere Performance. Das sind einige der Ziele der Biohacking-Bewegung. Der Trend aus dem Silicon Valley ist längst auch in Deutschland angekommen. Doch ist Biohacking tatsächlich eine gesunde Form der Selbstoptimierung oder werden wir damit über kurz oder lang zu arbeitsoptimierten Cyborgs?

Zwei Monate hat er durchgehalten. So lange hat Fabian Foelsch kaum feste Nahrung zu sich genommen. Foelsch will damit aber nicht etwa ein paar Kilo abspecken oder eine Detox-Kur machen. Er will testen, ob ihn sein Nahrungsverzeicht produktiver macht. Er gehört zu den Menschen, die medizinisches und biologisches Wissen nutzbar machen wollen, um die eigene Leistung und sich selbst zu optimieren. Fabian Foelsch ist ein Biohacker.

Wenn man sich selbst zum Versuchskaninchen macht

Damit sind nicht unbedingt die DIY-Biologen gemeint, die in Garagenlabors Bakterien zur Verhütung züchten oder Mikrochips entwickeln, die wir uns unter die Haut einpflanzen. Bei der neuen Generation der Biohacker steht vor allem eines im Zentrum: Selbstoptimierung. Diese soll aber nicht etwa über genetische Experimente erfolgen, sondern vielmehr über die optimale Nutzung unserer körperlichen Funktionen. Biohacking light also. Maximilian Gotzler, Gründer der Marke Flowgrade, gilt in Deutschland als Biohacking-Experte. Er definiert den Begriff folgendermaßen: „Biohacking ist die Kunst, die neuesten Erkenntnisse aus Technologie und Natur so zu kombinieren, dass wir uns selbst weiterentwickeln und ein besseres Selbstverständnis entwickeln können.“

Im Zentrum steht dabei die Selbstvermessung. Überspitzt könnte man auch sagen, dass wir uns beim Biohacking selbst zu Versuchskaninchen machen. Gemeint ist damit das intensive Beobachten des eigenen Körpers nach wissenschaftlichen Methoden. Das kann so etwas Simples sein wie ein Ernährungstagebuch oder auch das Messen von Blutwerten, Körperfett oder komplexere Methoden wie etwa der Einsatz von Messtechnologien wie Schlaftrackern. Mit solchen Daten wollen Biohacker herausfinden und letztendlich messbar machen, was dem Körper gut tut und was ihn leistungsfähiger macht. Und sie wollen daraus Produkte für den Massenmarkt entwickeln.

Businessmodell Biohacking

Biohacking dient also nicht nur der Selbstoptimierung, es ist ein Geschäftsmodell. Das hat auch der temporäre Nahrungsverweigerer Fabian Foelsch vor einigen Jahren erkannt. Er kommt aus dem Leistungssport, hat dann aber eher klassisch BWL studiert – „also ganz langweilig“, wie er im Gespräch mit den Netzpiloten gesteht. So richtig warm wurde er denn auch nie mit seiner Arbeit im Bereich der Finanzen. So beschloss er schließlich, sein eigenes Wissen um die Performanceverbesserung aus dem Sport für den Massenmarkt zu skalieren – und startete so 2016 sein Start-Up BRAINEFFECT.

Sein aktuelles Nahrungsexperiment ist dabei nur einer der vielen Selbsttests, die er und seine Mitarbeiter im Start-Up ausprobieren. Ziel ist es dabei, Nutzern nicht nur hilfreiche Tipps wie etwa über das hauseigene Magazin zu geben.

Dazu gehören etwa Ratschläge wie weniger Kaffee trinken oder öfter an die frische Luft gehen. Das klingt nach recht banalen Tipps, die man mit ein wenig gesundem Menschenverstand wahrscheinlich auch ohne viel Geld für teure Produkte selbst umsetzen kann. Dennoch haben Biohacking-Unternehmen und Food-Brands wie BRAINEFFECT offensichtlich den Nerv der Zeit getroffen. Denn das Start-Up entwickelt auch eigene Biohacking-Produkte. Gemeinsam mit einem Team aus Leistungssportlern, Ärzten, Lebensmittelchemikern und Ernährungswissenschaftlern bietet das Unternehmen verschiedene Food-Produkte zur Selbstoptimierung an. Diese haben Namen wie „Sleep“, „Mood“ oder „Focus“ und sollen – durch rein natürliche Zutaten, wie das Unternehmen versichert – den Schlaf, die Laune oder die Konzentrationsfähigkeit verbessern.

Diese Produkte sind sehr gefragt. „Wir richten uns mit unseren Produkten an eine Vielzahl von Menschen. Unsere Kunden sind Sportler, Gründer, Banker, aber auch Mütter oder schlichtweg Menschen, die ihr Wohlbefinden verbessern wollen“ , sagt Foelsch. Diese Kunden nennt er auch „Alltagshelden“ oder „Büroathleten“. Damit ist auch klar, dass jeder von uns ein potentieller Biohacking-Kunde ist. Wer will denn schließlich nicht fitter, ausgeschlafener, entspannter und leistungsfähiger sein?

Tatsächlich könnte man dies in Eigenarbeit und durch Selbstbeobachtung wahrscheinlich auch ohne Start-Ups wie BRAINEFFECT erreichen. Doch die Biohacker profitieren dabei auch von einer grundlegenden menschlichen Eigenschaft: der Faulheit. Anstatt uns mit Schlaftrackern oder Blutdruckmessgeräten selbst zu beobachten, ist es natürlich simpler, einfach eine Melatonin-Kapsel für besseren Schlaf einzunehmen. Auch wenn hinter diesen Produkten wissenschaftliche Erkenntnisse und fundierte Studien stecken: Im Prinzip wird damit – wie schon seit Jahrhunderten – Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit aus der Flasche verkauft.

Fabian Foelsch (2)
Fabian Foelsch (Image by BRAINEFFECT)

Medizinisches Wissen demokratisieren

Das wäre dann vielleicht einfach nur geschicktes Marketing und nicht weiter bemerkenswert. Doch wird mit solchen Start-Ups nicht auch das Bild der optimierten Supermenschen, passend zur Always-On-Mentalität propagiert? Nur, wenn man Selbstoptimierung einseitig definiert, findet Fabian Foelsch.

Natürlich klingt Biohacking für viele nach der Heranzüchtung von Cyborgs oder optimierten Fließbandmenschen für Unternehmen. Doch das ist eigentlich genau das Gegenteil von dem, was wir anstreben. Wer bei Leistung an Energiedrinks und durchgepowerte Nächte denkt, hat das Konzept nicht wirklich verstanden. Tot-Optimierung ist nicht das Ziel. Uns geht es nämlich genau darum, Burnout zu verhindern. Es geht beim Biohacking um nachhaltige Leistungsfähigkeit, also eher um den Marathon als um den Sprint“ . Denn – und das ist Fabian Foelsch sehr wichtig – Leistung kann nur dann optimiert werden, wenn wir uns auch ausreichend Ruhe und Entspannung gönnen. Kein Wunder also, dass gerade gesunder und erholsamer Schlaf für ihn im Zentrum der Selbstoptimierung steht.

Dahinter steckt aber auch das Wissen um die stetig wachsende Digitalisierung unserer Arbeit, sagt Foelsch. „Je mehr traditionelle Jobs wegfallen, desto mehr müssen wir Arbeit neu definieren. Es geht nicht mehr darum, Dinge auswendig zu lernen oder Fließbandarbeiter zu schaffen. Wir müssen vor allem an unserer Kreativität arbeiten.“

Genau dabei soll uns Biohacking helfen. Denn mit den Methoden der Selbstbeobachtung und der Selbstoptimierung können wir demnach nicht nur produktiver sein, aber auch mental fitter und somit kreativer. Wie viele Biohacker sieht Foelsch seine Arbeit auch ein Stück weit als Demokratisierung von medizinischem Wissen. Analysen und Befunde, die früher nur von Ärzten durchgeführt werden können, kann man heutzutage ganz einfach selbst machen. Dieses Wissen kann dann positiv genutzt werden. Denn je mehr wir von unserer Biologie verstehen, desto selbstbestimmter können wir leben.

Es geht Biohackern wie Foelsch also nicht darum, aus Menschen Duracell-Hasen zu machen, sondern darum, dass wir unser eigenes Leben in die Hand nehmen. Nach Meinung von Foelsch sollten uns Methoden wie Biohacking dabei helfen, bewusstere Lebensentscheidungen treffen zu können. „Dazu gehört auch, dass ich auch mal abends Pizza essen gehe. Selbst, wenn ich weiß, dass ich danach schlechter schlafe, ist mir dann in dem Moment der schöne Abend mit meiner Freundin wichtiger. Aber es war dann eine bewusste Entscheidung, die auf fundiertem Wissen über mich selbst basiert“.

Andersherum können wir mit diesem Wissen auch Dinge vermeiden, die uns schaden. Wenn wir beispielsweise wissen, dass das Licht am Smartphone Gift für unseren Schlaf ist, können wir vor dem Zubettgehen stattdessen einfach ein Buch lesen. Wie weit man bei der Selbstbeobachtung und Selbstoptimierung geht und inwieweit man sich auf bestimmte Maßnahmen versteift, ist dabei jedem selbst überlassen. Doch fest steht, dass Biohacking uns immerhin eine Tür zu einem ausgeglichenerem, gesünderen Leben öffnen kann.


Image (adapted) „Technologie“ by Tumisu (CC0 Public Domain)


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Daten und Organe: Warum Spenden nach dem Tod sinnvoll ist

Ehr (adapted) (Image by mcmurryjulie [CC0 Public Domain] via pixabay)

Den meisten Menschen ist bewusst, dass sie ihre Organe spenden können, wenn sie sterben. Das zu tun, ist sehr wichtig: Jeder verstorbene Spender kann damit Leben retten, wenn er seine Organe und sein Gewebe spendet und diese für Transplantationen genutzt werden. Die Unterstützung der Organspende durch die Bevölkerung ist sehr groß – in manchen Ländern beträgt sie mehr als 80 Prozent, auch wenn viele Menschen es noch nicht geschafft haben, sich als Organspender registrieren zu lassen. Aber Organe sind nicht das Einzige, was ihr spenden könnt, wenn ihr tot seid. Wie wäre es mit einer Spende eurer medizinischen Daten?

Daten scheinen nicht auf dieselbe Art wichtig zu sein wie Organe. Menschen brauchen Organe, um am Leben zu bleiben, um nicht für mehrere Stunden am Tag an der Dialyse angeschlossen sein zu müssen. Medizinische Daten sind ebenfalls sehr wertvoll – auch wenn sie nicht unmittelbar jemandem das Leben retten. Warum? Weil medizinische Forschung nicht ohne medizinische Daten erfolgen kann. Ungünstigerweise sind die Behandlungsunterlagen der meisten Menschen nach ihrem Tod für die Forschung nicht zugänglich.

Beispielweise kann Schichtarbeit den Tagesrhythmus stören. Dies wird inzwischen als eine mögliche Ursache für Krebs angesehen. Eine große Kohortenstudie mit bis zu hunderttausenden Individuen könnte uns helfen, verschiedene Aspekte der Schichtarbeit zu betrachten, inklusive Chronobiologie, Schlafstörungen, Krebsanzeichen und vorzeitigem Altern. Die Ergebnisse einer solchen Studie könnten für die Krebsvorsorge sehr wichtig sein. Aber momentan könnte jede dieser Studien durch die Unmöglichkeit, Daten von Teilnehmern einzusehen und zu analysieren, wenn diese gestorben sind, lahmgelegt werden.

Datenrechte

Während ihrer Lebenszeit haben Menschen bestimmte Rechte, die es ihnen ermöglichen, zu kontrollieren, was mit den sie betreffenden Daten geschieht. Beispielsweise können wir kontrollieren, ob unsere Telefonnummern und Adressen öffentlich zugänglich sind. Wir können Kopien der Daten erfragen, die bei jeglichen öffentlichen Körperschaften von uns gespeichert sind und kontrollieren, was Facebook über uns anzeigt. Wenn wir tot sind, können wir dies alles natürlich nicht mehr. Die Kontrolle unserer digitalen Identität nach dem Tod ist ein kontroverses Thema. Beispielsweise können Familien oftmals nicht auf die iTunes-Käufe oder auf die Facebookseite eines verstorbenen Verwandten zugreifen, um anzuzeigen, dass er oder sie verstorben ist.

Sobald es um medizinische Aufzeichnungen geht, wird es noch komplizierter. Während sie am Leben sind, stimmen viele Menschen einer Teilnahme an medizinischer Forschung zu, sei es ein klinischer Versuch mit einem neuen Medikament oder eine Längsschnittstudie mit medizinischen Aufzeichnungen. Ohne ihre Einwilligungserklärung kann eine Studie normalerweise nicht stattfinden. Medizinische Vertraulichkeit wird allgemein als extrem wichtig angesehen und kann nur durch die Zustimmung des Patienten aufgehoben werden.

In den meisten Rechtsprechungen gilt dies auch, wenn eine Person tot ist – mit dem zusätzlichen Problem, dass von ihr zu diesem Zeitpunkt keine Zustimmung mehr eingeholt werden kann. Aber es wäre falsch, anzunehmen, dass jeder eine solche strenge Datenvertraulichkeit über den Tod hinaus wünscht. Genau wie im Leben würden manche Menschen ihre Daten der medizinischen Forschung zur Verfügung stellen, um neue Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln, die Menschenleben retten könnten.

In Anerkennung dieser Tatsache wurde Forschern in einigen Ländern gestattet, die Daten verstorbener Personen zu nutzen. In Großbritannien werden Behandlungsunterlagen nach dem Tod des Patienten für 100 Jahre als vertrauliche Verschlusssache behandelt. Man kann jedoch die Erlaubnis des Public Records Office einholen, um die Daten des Verstorbenen für die Forschung zu nutzen.

Allerdings hat das Vereinigte Königreich eines der tolerantesten Systeme weltweit, wenn es um die Datennutzung nach dem Tod geht. Im Gegensatz dazu müssen deutsche Forscher einige Hürden meistern. Erstens müssen sie nachweisen, dass das Recht des Einzelnen auf Privatsphäre weniger wichtig ist als der potentielle gesellschaftliche Nutzen durch die Studie – was schwierig zu beweisen ist, da kein Forscher vor Durchführung einer Studie weiß, was deren letztendlicher Nutzen sein wird. Zweitens müssen sie immer, wenn es machbar ist, anonymisierte Daten nutzen. Das heißt, viele wertvolle Hintergrundinformationen über Patienten könnten nicht verfügbar sein, weil alle potenziell identifizierenden Daten entfernt wurden. Drittens müssen die Forscher belegen, dass es keinen anderen Weg gibt, um die Forschungsfrage zu beantworten. Und viertens müssen sie nachweisen, dass die Person nicht um ihre Zustimmung gebeten werden konnte.

In den USA werden Forscher dazu ermutigt, Daten nach dem America COMPETES Act zu teilen. Aber dieses Gesetz bezieht sich auf Daten, die bereits von Forschern genutzt werden, statt ihnen Zugang zu den Behandlungsunterlagen Verstorbener zu geben, welche im Normalfall nach dem Tod vertraulich bleiben.

Unser Vorschlag

Die Forscher müssen sich hier mit riesigen Hürden auseinandersetzen. Auch wenn sie diese irgendwann überwinden können, wird in jedem Fall Zeit und Geld verschwendet. Wäre es nicht einfacher, wenn die Menschen sich als Datenspender melden könnten, genau wie sie sich als Organspender registrieren lassen können? Auf diese Weise läge den Forschern die Zustimmung vor, die Daten postum zu nutzen. Leider gibt es nirgendwo ein existierendes System, um das auch zu leisten.

Als Forscher für Medizin und Ethik empfinden wir die Regelungen, die den Datenaustausch in einigen Ländern abdecken, als unangemessen. Wir meinen, dass Länder nationale Datenbanken von Datenspendern einrichten sollten, die von Patienten genutzt werden könnten, um zu kontrollieren, wie ihre medizinischen Daten genutzt und geteilt werden. Die Patienten sollten mit diesen Datenbanken aber auch die Möglichkeit haben, anzuzeigen, ob sie eine weitere Verwendung ihrer Daten nach dem Tod wünschen.

Die Menschen sollten angeben können, mit welcher Art Projekten sie ihre Daten teilen wollen, welche Teile ihrer Behandlungsunterlagen sie zur Verfügung stellen, und ob sie bereit sind, Daten auch nichtanonymisiert bereitzustellen. Sie sollten ebenfalls eine „allgemeine Zustimmung“ zur zukünftigen Datennutzung erteilen können, wenn sie das möchten. Eine Datenspende nach dem Tod sollte diskutiert werden, um zu vermeiden, dass die Daten mit den Patienten sterben, was wiederum zu weiteren Todesfällen führt, denn es behindert die medizinische Forschung.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Ehr“ by mcmurryjulie (CC0 Public Domain)


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Medikamente aus Insekten – Auf sechs Beinen zur medizinischen Revolution?

caterpillar (adapted) (Image by Josch13 [CC0 Public Domain] via Pixabay)

Seit Tausenden von Jahren wenden sich die Menschen an die Natur, wenn es darum geht, Krankheiten zu lindern und zu heilen. Die moderne Wissenschaft baut auf diese altbewährten Grundlagen auf. Diese „Naturprodukt-Entdeckungsprogramme“ von Pharmaunternehmen versorgen uns mit Medikamenten, die Krebs, Infektionen und anderes behandeln könnten.

Aber natürlich vorkommende Medikamente zu entdecken, ist bei weitem nicht unkompliziert. Es ist schwierig genug, ausreichend nützliche Organismen zu finden, sei es eine Baumwurzel oder eine Giftschlange, und es ist noch weitaus schwerer, die exakte medizinische Komponente zu extrahieren und in großen Mengen zu produzieren.

Mit all diesen Stolpersteinen ist es kein Wunder, dass Pharmaunternehmen ihren Schwerpunkt von der Natur ins Labor verschoben und damit begonnen haben, massenhaft Wirkstoffe von Grund auf zu entwickeln, die dann auf vielversprechende Effekte getestet wurden. Seit den 1990ern stellten die Pharmaunternehmen ihre Entedeckungsprogramme ordnungsgemäß ein und die riesige Palette von Testextrakten, die sie gesammelt hatten, wurden verkauft oder verworfen.

Trotzdem haben neuste Genetik-Entwicklungen eine Rückkehr zu den Naturprodukten ausgelöst. Wissenschaftler können inzwischen die gesamte DNS eines Organismus durchforsten, um nach nützlichen Komponenten zu suchen. Es hat sich herausgestellt, dass wir kaum erst an der Oberfläche der natürlichen Molekulardiversität gekratzt haben, die durch mehr als drei Milliarden Jahre ds Ausprobierens verfeinert wurde. Und es gibt noch viele weitere unentdeckte Medikamente, die in Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien schlummern. Diese Erkenntnis – und sich anbahnende Gesundheitskrisen wie beispielsweise die Resistenz gegen Antibiotika – haben das Interesse in die Suche nach nützlichen natürlichen Wirkstoffen erneuert, auch Biosprospecting genannt.

Die meisten natürlich gewonnenen Medikamente kommen heutzutage von Pflanzen, Pilzen und Bakterien. Diese Medikamente auf Tierbasis stammen größtenteils aus ein paar wenigen Quellen: giftige Wirbeltiere wie die Gila-Krustenechse oder der Jararaca-Lanzenotter, dem Speichel von Blutegeln oder die Gifte und Sekrete von Organismen wie Schwämmen und Weichtieren. Aber Tiere sind extrem vielseitig und wir haben kaum das pharmazeutische Potential der vielseitigsten Gruppe angetastet: den Insekten.

Insekten stecken voller nützlicher Wirkstoffe

Insekten bewohnen auf der Erde jede erdenkliche Nische im Wasser und zu Land. Daher gibt es eine verblüffende Vielfalt des Zusammenspiels mit anderen Organismen, was bedeutet, dass sie eine enorme Bandbreite an Wirkstoffen entwickelt haben, um sich selbst zu schützen oder andere zu jagen.

Bei dem geringen Anteil der Insekten, der untersucht wurde, wurden eine Menge interessanter Wirkstoffe identifiziert. Zum Beispiel wird Toxiferin, ein antimikrobieller Wirkstoff, der von Schmeißfliegenlarven produziert wird, in Südkorea und Russland als Mittel gegen Viren eingesetzt und soll Tumoren vorbeugen. Die Larven einiger anderer Insektenarten werden auf potente antimikrobielle Stoffe untersucht. Im Gift der Wespe Polybia paulista wurde darüberhinaus ein Wirkstoff gefunden, der Krebszellen tötet, ohne die gesunden Zellen zu beschädigen.

Wieso haben die Medikamentenforscher den Insekten relativ wenig Aufmerksamkeit geschenkt? Teilweise ist die schiere Vielfalt daran Schuld – bei den Millionen von zu untersuchenden Arten ist die erfolgreiche Suche nach einem nützlichen Insekt wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Und obwohl wir überall Insekten vermuten, ist der Großteil dieser gigantischen Menge auf ein paar gewöhnliche Arten zurückzuführen. Die meisten Insekten sind schwierig zu finden und nur unter aufwändigen Bedingungen in Gefangenschaft zu züchten.

Und selbst wenn eine nützliche Spezies identifiziert und erfolgreich gezüchtet wurde, ist es noch immer unglaublich schwierig, eine ausreichende Menge des relevanten Materials zu gewinnen. Insekten sind in der Regel sehr klein und ihre Drüsen, die die für die Forschung interessanten, potentiell nützlichen Wirkstoffe produzieren, sind noch viel kleiner.

Die Suche nach freundlichen Insekten

Die gute Neuigkeit ist, dass wir manche dieser Probleme überwinden können, indem wir unsere Erkenntnisse aus der Naturkunde anwenden. David Wilcockson von der Aberystwyth Universität und ich nennen diese Vorgehensweise „ökologiegeführte Entdeckung von Medikamenten“.

Viele Insekten zeigen die Produktion von potentiell nützlichen Wirkstoffen in der Art und Weise auf, wie und wo sie leben. Manche produzieren potente, komplexe Gifte, um ihre Beute zu bändigen und für ihre Nachkömmlinge frisch zu halten. Andere sind Meister darin, schmutzige Mikrohabitate wie Fäkalieren und Kadaver auszunutzen, in denen sie regelmäßig von unzähligen Mikroorganismen herausgefordert werden. Die Insekten in diesen beiden Beispielen haben eine Reihe antimikrobieller Wirkstoffe, um mit krankheitserregenden Bakterien und Pilzen zurechtzukommen, die eventuell als neue Antibiotika für Menschen dienen könnten.

Obwohl unsere Kenntnisse der Naturkunde uns in die richtige Richtung weist, löst es nicht die Probleme, die mit der geringen Größe von Insekten und den winzigen Mengen der produzierten Wirkstoffe zusammenhängen. Glücklicherweise ist es jetzt möglich, die DNS-Stränge zu identifizieren und diejenigen auszusondern, die die Informationen für die interessanten Wirkstoffe tragen. Die betreffenden Stränge werden in Zellen hingegeben, die dafür sorgen, dass größere Mengen produziert werden können.

So gern ich auch an der Entwicklung einer neuen Trendmedizin auf Insektenbasis teilhaben würde, ist meine Hauptmotivation, die Konservierung zu untersuchen, die Insekten betreiben. Ich möchte Wirkstoffe aus den Insekten als Mittel für die Grundforschung, Artenentdeckung und Naturgeschichte gewinnen. Alle Arten, egal wie klein und scheinbar unwichtig, haben ein Recht darauf, um ihrer selbst Willen zu existieren.

Aber diesem Empfinden fehlt die politische Schlagkraft, die man braucht, um für den dringenden Schutz der Natur zu kämpfen. Wir brauchen etwas, das man anfassen kann, etwas, das direkten Nutzen für die Menschen hat. Es ist schwierig, etwas zu finden, das so viel Gewicht hat wie unsere Gesundheit.

Wenn wir die Untiefen des Medizinschränkchens der Natur beleuchten können, wenn wir also die durchaus nützliche Zusammensetzung der facettenreichsten Tiere dieses Planets erforschen können, glaube ich, dass wir die Denkweise der Menschen über den Wert der Natur verändern könnten.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-NC-SA 3.0 US. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „caterpillar“ by Josch13 (CC0 Public Domain)


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  • KI heise: „Moderne Medizin ohne KI nicht denkbar“: Die Zukunft der Medizin liegt in der künstlicher Intelligenz, so Jochen Werner, CEO des Universitätsklinikums Essen. „Künstliche Intelligenz hat begonnen, die Arbeit von Spitzenkräften zu übernehmen. Sie kann eine CT-Untersuchung mit mindestens vergleichbarer Qualität befunden wie erfahrene Radiologen.“ Für ihn stehe daher fest, „dass eine moderne Medizin ohne künstliche Intelligenz nicht mehr denkbar sein wird“.

  • FACEBOOK t3n: Facebook testet Werbung im Messenger: Der Messenger wird zur Werbefläche, zumindest in einer Testphase, die Facebook diese Woche in Australien und Thailand startet. Die Anzeigen werden in der App-Übersicht, eingeblendet. „Diese Ads werden nicht in euren Konversationen auftauchen“, betont das Unternehmen im offiziellen Messenger-Blog. Ein Klick auf die Werbung im Messenger könnte aber zu einer Konversation mit der jeweiligen Marke führen.

  • GOOGLE googlewatchblog: Google hat allein im vergangenen Jahr 1,7 Milliarden Anzeigen blockiert: Mit Tools wie Safe Browsing kämpft Google gegen Malware und Spam in den Suchergebnisse und im Chrome-Browser. Aber auch das eigne Werbenetzwerk muss von solchen Links freigehalten werden. Jetzt lässt sich Google etwas in die Karten blicken und hat verraten, dass allein im vergangenen Jahr 1,7 Milliarden Werbeanzeigen blockiert wurden.

  • MICROSOFT datenschutzbeauftragter-info: Urteil: Microsoft muss Kundendaten nicht herausgeben: Microsoft hat in dem Rechtsstreit um die Herausgabe von Nutzerdaten in den USA einen Sieg errungen. Am Dienstag urteilte ein Berufungsgericht in New York, dass US-Behörden keinen Zugriff auf Daten haben, die von US-Unternehmen auf ausländischen Servern gespeichert werden. 

  • TUNNELBAU golem: Elon Musk will bohren: Seit Wochen twittert Tesla-und SpaceX-Chef Elon Musk über Verkehrsprobleme und wie er sie lösen will: Tunnel sollen den Verkehr unter die Erde verlagern. Musk will zunächst einen Tunnel vom SpaceX-Hauptquartier in Südkalifornien aus zum Flughafen von Los Angeles bauen. Ob Musk Ambitionen hat, weitere Tunnel zu bauen, ist nicht bekannt.
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Wie wir verletzte Gelenke mit Stammzellen reparieren

Ein Meniskusriss ist eine der häufigsten Knieverletzungen, vor allem bei jungen, aktiven Menschen. Mehr als eine Million neuer Fälle werden jährlich nur in Europa und den USA diagnostiziert und auch Profisportler kann es treffen – Fußballer Luis Suarez, Tennisprofi Roger Federer und die olympische Schwimmerin Sharon Davies stellen ein paar große Namen unter den vielen Eliteathleten dar, die einen Meniskusriss erleiden mussten. Leider gibt es keine effektive Therapie für diese Verletzung, aber ich und mein Team glauben, dass wir einen Schritt näher an eine Behandlung herangerückt sind. Unser „lebender Verband“ benutzt Stammzellen und Kollagen, um die verletzten Meniskusknorpel, die als eine Art Stoßdämpferwirken, nachwachsen zu lassen.

Wir finden Knie toll – sie sind hochklassige Ingenieurskunst, entstanden über Jahrtausende im Zuge der Evolution. Jeden Tag werden gewaltige Kräfte auf die Knie ausgeübt, wenn wir aufstehen, gehen oder laufen. Im normalen Alltag wird drei bis fünf mal die Gewichtskraft unseres Körpers damit belastet. Diese Extrembedingungen müssen sie jeden Tag überstehen, während sie uns die Flexibilität gewähren, die wir bei jeder Bewegung genießen. Wenn die Knie einwandfrei funktionieren, bemerken wir sie kaum. Wenn sie aber verletzt sind, dann erleiden wir furchtbare Schmerzen und verlieren die Freiheit, ein normales, aktives Leben zu leben.

Einer der Gründe, aus dem unsere Knie so gut funktionieren, sind die Menisukusknorpel, die zwischen den Knochenenden liegen wie harte Kissen. Es gibt in jedem Knie zwei Menisken und diese sind extrem wichtig, um die Knochen im Gelenk zu schützen. Wenn sie verletzt sind, haben wir ein Problem. Ein Meniskusriss ist aber eine typische Sportverletzung, denn die Menisken können bei einem Schlag aufs Knie leicht reißen.

Die meisten Risse heilen nicht, weil es keine Blutzufuhr gibt und so die natürlichen Heilmechanismen nicht einsetzen können. Normalerweise behandelt man so eine Verletzung, indem man den verletzten Teil des Meniskus herausoperiert. Am Anfang funktioniert das noch sehr gut, aber auf lange Sicht funktionieren unsere Knie nicht ohne vollständigen Meniskus. Zum Beispiel kommt es zu Reibung der Knochenenden aneinander und das kann zu frühzeitiger Osteoarthritis führen. Sobald die Arthritis einsetzt, führt sie unaufhaltsam zu chronischem Schmerz und letztlich zu einem Gelenkersatz. Weil Meniskusrisse oft junge, sportliche Menschen betreffen, kann dies viele Jahre der Einschränkung durch Arthritis und einen großen Kostenaufwand für das Gesundheitssystem bedeuten.

Der lange Weg zu einem Heilmittel

Mein Forschungsteam hat vor etwa 13 Jahren begonnen, sich auf dieses Problem zu konzentrieren. Ziel war es, lebende Zellen mit Heilfähigkeiten in den Riss einzusetzen und so eine Heilung von innen zu initiieren. Damals studierten wir die Eigenschaften eines speziellen Zellentyps, der mesenchymalen Stammzelle, die in kleiner Anzahl im Knochenmark zu finden ist und eine essenzielle Rolle bei natürlichen Heilprozessen im Körper einnimmt.

Allerdings war eine einfache Einsetzung der Stammzellen in den Riss nicht genug, da die Zellen nicht am richtigen Platz ankamen.Wir mussten einen Weg finden, die Stammzellen nah an den zwei verletzten Oberflächen des Risses zu halten, sodass sie sich an das verletzte Gewebe anfügen und ihre molekularen Signale auszusenden und eine Reparatur anzufordern. Letztendlich erreichten wir dies, indem wir eine der Stammzellen in eine Kollagen-Membran einfügten und diese in den Riss einführten. Über den Verlauf mehrerer Wochen gehen die Stammzellen auf den Meniskus über und das Kollagen löst sich langsam auf, sodass eine Heilung erfolgen kann.

Wir veröffentlichten unsere Resultate, ließen unsere Entdeckung patentieren und machten uns dann daran, die Wissenschaft auf die Medizin anzuwenden, indem wir ein Produkt namens „Zellenverband“ entwickelten und an Patienten testen ließen. Bisher wurde das Verfahren auf fünf Patienten angewendet, und auch wenn zwei dieser fünf einen erneuten Riss erlitten, so sind doch die anderen drei auch mehr als drei Jahre später noch völlig wohlauf.

Die äußersten Ränder des Meniskus können zwar auch ohne Stammzellen geheilt werden, da hier eine Blutzufuhr vorliegt, der größte Teil des Meniskus ist aber irreparabel und so ist ein neuer Riss innerhalb von einem Jahr bei allen Betroffenen zu erwarten. Demzufolge ist die Erfolgsquote von 60 Prozent in der ersten Patientengruppe durchaus ermutigend und macht den Weg frei für größere Versuche in der Zukunft. Knie sind wirklich wundervoll – und Stammzellen stehen ihnen in nichts nach.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation” unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image „doctor“ by Andersonvr (CC0 Public Domain)


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Nicht nur Spielkram – 9 Bereiche, bei denen VR helfen kann

VR (adapted) (Image by szfphy [CC0 Public Domain] via Pixabay)

Die Technik der Virtual Reality (VR) ist im Prinzip nichts Neues. Schon Mitte des 20. Jahrhunderts kamen Flugsimulatoren auf, mit deren Hilfe Piloten das Fliegen lernen. Doch in jüngster Zeit hält VR auch Einzug im Kinderzimmer. Die PlayStation VR kann seit Obtober 2016 gekauft werden. Kostenpunkt: 399 Euro, plus die PlayStation-Kamera, ohne die geht es nicht.

Es gibt jedoch auch einen Einsatz abseits der Spieletechnik. Neun Lebensbereiche könnten davon profitieren, wenn Experten weiter an der Technik feilen und sie marktreif machen. Wir stellen sie euch vor:

BILDUNG: Besonders im Bereich der Bildung sehen Experten den Einsatz von VR vor. Studenten könnten so in eine völlig neue Welt eintauchen. In der „World of Comenius“, benannt nach dem tschechischen Lehrer Johann Amos Comenius, können Studenten die Anatomie des Körpers kennenlernen und verschiedenen Körperteilen und -systemen auf den Grund gehen.

KUNST: Dreidimensionales Malen und Zeichnen mithilfe eines VR-Headsets und entsprechendem Zubehör – diesen Traum haben viele Künstler. Nun könnte er Wirklichkeit werden. Die Technik dafür liefert zum Beispiel Tilt Brush von Google.

MEDIZIN: VR könnte auch dazu beitragen, Krankheiten zu behandeln. Vielversprechend ist der Einsatz bei Depressionen. Hier soll beispielsweise virtuelles Schwimmen mit Delfinen die Genesung vorantreiben. Auch bei einer posttraumatischen Belastungsstörung und Alkoholismus könnte die Technik hilfreich sein. Der Patient setzt einfach die Kamera auf und landet dann in einer völlig anderen Umgebung.

LUFTFAHRT: Piloten kennen VR schon aus dem Simulator, mit dem sie das Fliegen üben. Doch auch die Reisenden werden in Zukunft die virtuelle Realität kennenlernen. Die Zeit der wenig unterhaltsamen Langstreckenflüge könnte somit schon bald Geschichte sein. Während man eigentlich noch auf dem Weg dorthin ist, könnte man virtuell schon einmal den Zielort genauer erkunden – ganz in 3D.

SPORT: Für Sportler könnte sich das Training bald zumindest teilweise von draußen nach drinnen verlagern. Für American Football-Spieler beispielsweise könnte der Quaterback zuhause auf der Couch sitzen und virtuell seine Reaktion testen. Was er auf diese Weise lernt, kann er später beim Training auf dem Feld verfestigen.

SEX: Hier geht es nicht nur um offensichtliche Ideen wie einen virtuellen Stripclub. Für Menschen, die unter sexuellen Schwierigkeiten wie Impotenz oder anderen körperlichen oder medizinischen Störungen leiden, könnte VR eine neue Möglichkeit der Sexualtherapie darstellen.

BESICHTIGUNGEN: Eine Idee, die besonders Architekten und Designern gelegen kommen wird. Ein virtueller Gang durch ein Gebäude könnte durch VR möglich gemacht werden. Auf diese Weise könnte man Probleme bei der Konstruktion erkennen, bevor das Gebäude überhaupt existiert. Auch Änderungen im Design wären so ganz einfach durchzuführen.

FILM: Einen Film auf dem Fernseher oder dem Laptop anzusehen, ist eine tolle Sache. Was aber wäre, wenn man direkt in die Filmwelt eintauchen könnte, quasi eine Art interaktive Geschichte? Die Experten gehen davon aus, dass man sich viel intensiver in die Figuren hineinversetzen kann, wenn man sie dreidimensional vor sich sieht und mit ihnen interagieren kann. Folgendes Video zeigt am Beispiel des Igels „Henry“, wie Forscher sich das vorstellen:

NEWS: Um Nachrichten spannender und greifbarer zu machen, könnte man zu Erklärungszwecken dreidimensionale Animationen hinzuziehen. Auch Beiträge könnten davon profitieren, dass Menschen besser begreifen können, was man versucht ihnen zu vermitteln.


Image (adapted) „VR“ by szfphy (CC0 Public Domain)

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  • VIRTUAL REALITY dailymail: Controversial surgeon behind world’s first human HEAD transplant reveals virtual reality system to help prepare patients: Virtual Reality ist vor allem im Kontext der Unterhaltungsmedien ein gängiger und häufiger Begriff im Diskurs, doch auch immer wieder hört man von anderweitigen oder medizinischen Verfahren, die die Technologie nutzen. Der russische Chirurg Dr. Sergio Canavero plant im nächsten Jahr die erste Transplantation eines menschlichen Kopfes, als erster Patient hat sich Rollstuhlfahrer Valery Spiridonov freiwillig gemeldet. Um den Patienten an ein Leben mit einem neuen Körper vorzubereiten soll jetzt ein VR-System entwickelt werden, dass ihm Laufen beibringt. Für den Eingriff wird der Kopf des Patienten eingefroren, um die Gehirnzellen vom Absterben abzuhalten und die Wirbelsäule durchgeschnitten und reanimiert werden.

  • TESLA gizmodo: Elon Musk Explains How Trump Could Actually Help Tesla: Die Wahl Donald Trumps und seine Haltung des Klimawandels gegenüber ist für viele noch ein Schreckensgedanke, so eigentlich auch für viele “grüne” Unternehmen, wie beispielsweise den Markt der “Zero Emission Vehicles” (ZEV) oder emissionsfreien Fahrzeugen. Trump ist bekennender Verweigerer des Klimawandels und hat der Kohle- und Ölindustrie seine Unterstützung zugesagt. Tesla-Chef Elon Musk erklärt jetzt, wieso deswegen schwindende ZEV-Kredite den Konzern aber trotzdem nicht bedrohen können, der Marktwert soll sogar steigen und Tesla im Markt beinahe monopolisieren.

  • WLAN süddeutsche: Bahn will kostenloses Wlan in Regionalzügen: Wlan ist in Fernverkehrszügen der Deutschen Bahn schon fast deutschlandweit verfügbar. Jetzt plant der Konzern den Reisenden auch in seinen Nahverkehrszügen einen kostenlosen Internetzugang. Rund 5,2 Millionen reisen täglich im Nahverkehr und sollen mit einem pro Tag und Nutzer begrenzten Datenvolumen surfen können. Finanzieren sollen das nicht die Kunden nicht selbst, sondern dies richtet sich an die Bundesländer und regionalen Verkehrsbünde. Für das Unternehmen sollen drei große Mobilfunkanbieter gekoppelt worden und auch in Bussen des DB Regio startet ein ähnliches Pilotprojekt.

  • SELF-DRIVING-CAR wired: NuTonomy startet Straßentests selbstfahrender Taxen in Boston: Das Startup nuTonomy bringt seine selbstfahrenden Autos jetzt auch nach Boston. Zuvor hatte die Firma diese bereits als Taxen in Singapur genutzt. Mit diesem Unternehmen stellt nuTonomy ernsthafte Konkurrenz für Kollegen wie Google, Lyft oder Uber dar. Zunächst sollen nur Ingenieure der Firma mit den selbstfahrenden Autos fahren, um die Straßen, Verkehrssituationen und Regeln der Stadt zu erlenen. Langfristig soll daraus ein kommerzielles Projekt entstehen.

  • GOOGLE spiegel: “Digitale Todesstrafe” für Pixel-Weiterverkäufer: Google geht, für Internet-Verhältnisse, radikal gegen den Weiterverkauf seines hauseigenen Smartphones “Pixel” vor. Durch ein Steuerschlupfloch konnten in den USA im Bundesstaat New Hampshire mehrere Geräte gewinnbringend weiterverkauft werden. Der Konzern sieht das nicht gern und reagiert sofort: sämtliche Google-Konten der Verkäufer wurden ohne Vorwarnung gesperrt.

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  • APPLE t3n: Sicherheitsprobleme bei iOS: Forscher decken Lücke in Sandboxing auf: iOS schnitt bisher immer besser ab als Android, internationale Forscher aber fanden eine Sicherheitslücke bei der Sandboxing Funktion. Die Sandboxing Funktion soll verhindern, dass Apps ohne Berechtigung auf die Datenspeicher anderer Apps zugreifen können. Die Forscher wollten ein System entwickeln, was iOS automatisch auf mögliche Sicherheitsprobleme abcheckt. Dabei fanden die Forscher diese Lücke und benachrichtigten Apple darauf hin.
  • YOUTUBE GoogleWatchBlog: Backstage: YouTube will sich von der reinen Video-Plattform zum Social Network wandeln: Laut einer anonymen Quelle will Youtube nicht mehr nur eine Videoplattform bleiben, sie will sich in Richtung Social Network entwickeln und durch ein Backstage-Bereich den Usern ermöglichen, nicht nur Videos zu teilen sondern auch Postings zu verfassen. Zurzeit ist es noch nicht bekannt, ob der Backstage-Bereich mit in die Youtubefläche integriert wird oder ob es eine Stand-Alone-App geben wird.
  • MEDIZIN heise online: Die neue Waffe gegen Bakterien: Die Menschen werden immer resistenter gegenüber Antibiotika. Seit langem versuchen Pharmahersteller neue Antibiotika auf den Markt zu bringen gegen die, die Menschheit nicht resistent wird, leider ohne Erfolg. Doch jetzt gibt es wieder Hoffnung, etliche Forscher bauen nun auf Viren die, die gefährlichen Bakterien vernichten und die bereits Antibiotika resistenten zu bekämpfen. Zurzeit ist diese Behandlungsmethode aber noch im Test.
  • EBAY Handelsblatt: Richter stoppen den Abbruchjäger: Es gibt unzählige Verkäufer auf ebay. Sie alle wollen ihre Ware für einen guten Preis verkaufen. In manchen Fällen ist dies dennoch nicht der Fall und dann ziehen die Verkäufer Ihr Angebot zurück. Das ist laut den Ebay Richtlinien aber nicht erlaubt, es sei denn, die Ware ist durch einen Unfall beschädigt. Immer wieder werden diese Verkäufer von sogenannten Abbruchjägern auf Schadensersatz verklagt. Nun will der Bundesgerichtshof für mehr Rechtssicherheit sorgen.
  • CARSHARING all-in: Bundesregierung einigt sich auf Carsharing-Gesetz: Immer mehr Menschen steigen vom eigenen Auto zum Carsharing um. Mittlerweile gibt es viel zu viele Autos auf der Welt, aber nicht alle werden genutzt und verrotten bloß auf Ihrem Parkplatz. Carsharing ist für Menschen, die sich kein eigenes Auto kaufen wollen oder leisten können. Die Bundesregierung will Carsharing immer mehr fördern und das mit besonderen Privilegien.
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Die Entschlüsselung des Nervensystems: Der nächste medizinische Durchbruch steht bevor

Image by geralt [CC0] via pixabay

Das Nervensystem, das Ihren Körper kontrolliert und steuert, ist faszinierend aufgebaut, doch manchmal läuft etwas schief. Defekte in unserer DNA können eine Reihe von Störungen hervorrufen. Unfälle, hohes Alter und sogar eine falsche Ernährung können gleichermaßen ein Chaos auslösen. Die pharmazeutische Therapie kann manchmal helfen, aber nicht alle Zustände können behandelt werden. In der Regel ist eine solche Therapie bei einer neurologischen Störung allgemein weniger effektiv als bei anderen Krankheiten.

Eine alternative Behandlung, die die elektronische Stimulation des Nervensystems beinhaltet, wurde über Jahrhunderte praktiziert. Einige der ersten römischen Ärzte haben Zitteraale verwendet, um die Schocktherapie zur Schmerzlinderung einzusetzen. Fast 2000 Jahre später verwenden wir eine ähnliche Technik mit elektronischen Geräten, welche TENS (trans-cutaneous electrical nerve stimulation) genannt wird.

Modernere Behandlungen setzen Neuroprothesen ein, welche direkt mit dem Nervensystem verbunden werden, um verlorengegangene Funktionen zu ersetzen. Dazu gehören Herzschrittmacher und sensorische Prothesen, welche visuelle und auditive Sinne für Blinde und Gehörlose ersetzen. Zukünftige Technologien werden möglicherweise direkt in das autonome Nervensystem eingebunden, um eine Reihe von chronischen Krankheiten wie Diabetes zu behandeln.

Es gibt bereits Herzschrittmacher, die nicht nur elektronische Stimulationen bewirken, sondern auch mit dem autonomen Nervensystem verbunden sind, um unterbewusste Emotionen abzuhören. Closed loop stimulation (CLS) Herzschrittmacher und Defibrillatoren verwenden diese Technik, um das Herz schneller schlagen zu lassen, wenn ein Patient Angst oder Aufregung verspürt. Dies erlaubt ihnen, gruselige Filme zu genießen und aufregende Momente im Leben intensiver wahrzunehmen.

Das Licht sehen

Visuelle Prothesen für Blinde haben noch mehr Potential, das Leben zu verändern. Nach vielen Jahrzehnten der Entwicklung sind die Geräte heute in der Lage, einen Chip im Auge drahtlos mit einer externen Videokamera und Prozessoren zu verbinden. Für Menschen, die unter Retinitis Pigmentosa leiden, eine Krankheit, die ein allmähliches Absterben der lichtsensitiven Retinazellen bewirkt, übertragen diese Geräte visuelle Informationen an die verbleibenden Retinazellen durch elektrische Stimulation. Bis heute kann jedoch nur ein grobes Bild reproduziert werden, dass wie eine Handvoll blitzender Punkte aussieht.

Die neueste Revolution der Neuroprothesen könnte noch viel weiter gehen. Im Gegensatz zu anderen Fortschritten auf diesem Gebiet, die aus der Elektronik entwickelt wurden, kommt diese neue Entwicklung aus der biologischen Forschung. Im Jahr 2003 haben deutsche Wissenschaftler beim Erforschen von Algen ein Protein entdeckt, das Nervenzellen lichtsensitiv machen könnte. Daraus wurde eine neue Technologie, die Optogenetik, entwickelt, die mittels Gentherapie die Zellen lichtempfindlich machen soll. Diese neue Technik ist wesentlich stärker und präziser als ältere Techniken und ermöglicht eine hochauflösende Kommunikation mit dem Nervensystem.

Im Falle der Retinitis Pigmentosa ermöglicht die Optogenetik es, die Fähigkeit zur Wahrnehmung von Licht der verbleibenden Zellen wiederherzustellen, statt die Zellen der Retina durch einen Chip zu ersetzen. Spezielle elektronische Brillen können dann genutzt werden, um optische Informationen in einer Form weiterzugeben, die die neu sensibilisierten Zellen verstehen können.

In den USA wurden bereits die ersten menschlichen Patienten mit dieser Gentherapie behandelt. Falls die Methode wie erwartet wirkt, wird sich das Lebend der Patienten grundlegend verändern. Einige Forschunsgruppen gehen davon aus, dass eine Rückkehr zur annähernd normalen visuelle Wahrnehmung möglich ist. Andere, zu denen auch meine Gruppe gehört, sind etwas vorsichtiger, glauben jedoch, dass es Patienten ermöglicht werden kann, ohne einen Blindenstock zu laufen und mittelbar sogar Gesichter zu erkennen. Wir hoffen weiterhin, in der Lage zu sein, die Anwendung auf eine größere Gruppe einschließlich Patienten, die unter Glaukomen und Traumata leiden, ausweiten zu können.

Auf einen ähnlichen Prozess wird im Bereich der Hörimplantate gehofft, die derzeit ermöglichen, dass Patienten in kleinen Gruppen Konversationen zu folgen, jedoch Musik klingen lassen wie eine Art unter Wasser gespielter Death-Metal. Forschergruppen aus den USA und Deutschland hoffen darauf, die Optogenetik, verglichen mit konventionellen elektrischen Implantaten, als einen genaueren Weg zur Stimulation der zum Hören benötigten Nervenzellen nutzen zu können. Dadurch erhofft man sich, dass Geräte hergestellt werden können, die eine nahezu normale Wahrnehmung von Musik ermöglichen.

Unterhaltungen mit dem Gehirn

Die Optogenetik besitzt außerdem das Potential, Millionen von Menschen mit Epilepsie und anderen Störungen zu behandeln. Eines der Probleme der traditionellen Neuroprothesen ist, dass es schwierig ist, das Nervensystem elektrisch zu stimulieren und gleichzeitig elektronische neuronale Aktivitäten zu messen. Das ist, als würde man versuchen, jemanden flüstern zu hören, während man selbst aus vollem Halse schreit. Mit der Optogenetik jedoch ist es möglich, Licht zur Stimulation zu nutzen, ohne die elektronische Messung zu beeinträchtigen. Das heißt, dass es jetzt effektiv möglich ist, eine Kommunikation mit dem Gehirn durch Stimulation und Messung gleichermaßen zu ermöglichen.

Eines der wichtigsten Anwendungsgebiete ist die Epilepsie. Wir beabsichtigen, Signale an Bereiche des Gehirns zu senden, welche das Anfall-ähnliche Verhalten auslösen, um selbige zu beruhigen. Im weltweit führenden Projekt CANDO hoffen wir darauf, als erstes Team diese neue Technik an Patienten mit Epilepsie im Jahr 2021 zu testen. Falls es funktioniert, wäre dies eine Behandlung, die das Leben der Menschen, deren Medikamente sich als unbrauchbar herausgestellt haben, grundlegend verändern würde.

In den kommenden Jahrzehnten werden wir sehen, wie Neuroprothesen zunehmend mit Gentherapien wie Optogenetik und möglicherweise der Stammzellentherapie kombiniert werden. Sogar traditionelle Unternehmen der Pharmaindustrie beginnen damit, die Möglichkeiten der bioelektrischen Medizin zu erforschen, um die körpereigenen Organe zur Produktion von therapeutischen biochemischen Stoffen zu stimulieren. Das bringt den Vorteil, dass Ärzte zumindest für einige Krankheiten die Behandlung zunehmend individueller gestalten können.

Die unter uns, die mit Filmen wie “Blade Runner” groß geworden sind, könnten erwarten, dass alle Menschen heutzutage durch bionische Implantate erweitert und ergänzt werden. In der Realität sind wir noch weit von dieser Vision der Zukunft entfernt. Andererseits beginnen Science-Fiction-Autoren gerade erst damit, die Realität der genetisch fortschrittlichen Bionik zu erfassen. Schliesslich bleibt es schwierig, die Natur zu überwinden. Sollten wir den Beeinträchtigten aber annähernd normale Umstände zurückgeben können, könnte diese ihr Leben drastisch verbessern.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image by geralt (CC0 Public Domain)


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Von Medikamenten zu Hirn-OPs: Die Bewusstseins-Technologien der Zukunft

Thinking (adapted) (Image by Floyd-out [CC BY 2.0] via Flickr)

Unser kompliziertes Gefühlsleben kann sich oft wie ein Gefängnis anfühlen. Unsicherheiten, depressive Phasen und Angst können uns im Leben zurückhalten. Aber was wäre, wenn wir die psychischen Gegebenheiten, die uns nicht gefallen, einfach verdrängen könnten? Oder ganz einfach unsere Laune verbessern könnten? Es gibt genügend Gründe zur Annahme, dass dies in Zukunft alltäglich sein wird. Tatsächlich existieren viele der Technologien, die dies bewirken könnten, bereits. Mehr als die Hälfte von uns hat im Laufe ihres Lebens bereits eine längere Phase der Trauer durchlebt oder an extremer Niedergeschlagenheit gelitten und ungefähr einem Fünftel von uns ist eine ernsthafte Depression diagnostiziert worden, wobei diese Zahlen stark davon abhängen, in welcher Kultur man lebt. Die Tatsache, dass Störungen des Gemütszustandes so häufig auftreten – und auch so schwer zu behandeln sind – bedeutet, dass die Forschung sich auf dem Gebiet der Stimmungsregulierung stetig weiterentwickelt. Wenn man heutzutage in Großbritannien mit dem Verdacht auf Depression einen Arzt aufsucht, beginnt man, den Weg der Fürsorge zu beschreiten, welcher „Rede-Heilverfahren“, wie zum Beispiel kognitive Verhaltens-Therapien oder die Behandlung durch Medikamente, welche die Einnahme von Serotonin-Hemmern wie Prozac beinhaltet. Diejenigen, bei denen diese Behandlungsmethode keine Wirkung zeigt, müssen härtere Maßnahmen über sich ergehen lassen oder diverse Medikamente in Kombination einnehmen. Da die meisten Behandlungsmethoden mit psychoaktiven Drogen mit Nebeneffekten in Verbindung gebracht werden, existiert ein enormer Druck, der Anlass gibt, nach neuen Behandlungsweisen zu suchen, die durch die meisten Menschen mehr toleriert werden. Welche anderen Optionen könnte es möglicherweise noch geben? In der nahen Zukunft ist es wahrscheinlich, dass wir eine vermehrte Nutzung von nicht-invasiven Gehirn-Stimulationen beobachten werden können. Diese Technik nutzt magnetische oder elektrische Energie, um das Hirn zu durchwandern und um somit die Aktivität des Gehirns zu verändern. Da Menschen, die an Depressionen leiden, oftmals eine ungleiche Aktivität der rechten und der linken Gehirnhälfte aufweisen, wäre eine mögliche und sehr vielversprechende Behandlungsmethode, die Balance zwischen den Gehirnhälften durch Stimulation wiederherzustellen. Die Methode erscheint dabei vergleichsweise sicher und frei von den Nebeneffekten einer Behandlung mit Medikamenten. Außerdem handelt es sich hierbei um eine günstige Technologie, welche sogar zu Hause angewandt werden kann (auch wenn ich dies nicht unbedingt empfehlen würde). Leider kann diese Stimulation nur die äußerste Oberfläche der Hirnrinde erreichen. Nicht alle Regionen des Gehirns, auf die Depressionen Einfluss nehmen, können so bequem erreicht werden. In diesen Fällen kann ein operativer Eingriff namens Tiefen-Stimulation möglicherweise dabei helfen, die Funktion bei Menschen mit Stimmungsstörungen wiederherzustellen. Tiefen-Stimulationen beinhalten das Bohren eines kleinen Loches in den Schädel und das Einsetzen feiner Elektroden in die Zielregion des Hirns. Die Methode wurde mit einem gewissen Maß an Erfolg bei der Behandlung von Parkinson angewandt und wird nun als Behandlungsmethode für weitere Krankheiten getestet. Dennoch handelt es sich bei dieser Prozedur um einen risikoreichen operativen Eingriff und die Nebeneffekte können unter anderem Schlaganfälle oder Krampfanfälle sein. Ein andere Möglichkeit zur Verbesserung der Hirnfunktion könnte das Neurofeedback sein. In einer typischen Neurofeedback-Sitzung kann der Patient die eigene Gehirnaktivität auf einem Bildschirm betrachten und lernt dabei, durch Training diese Aktivität zu steigern oder zu mindern. Bei der Behandlung von ADHS wurde Neurofeedback dazu verwendet, die Anzahl der Theta-Wellen mit niedriger Frequenz zugunsten von Beta-Wellen mit einer hohen Frequenz zu verändern. Obwohl Neurofeedback bei der Behandlung von Depressionen getestet wurde, ist der Nutzen dieser Methode noch nicht eindeutig.

Behandlung gegen Verbesserung

Bisher haben wir gesehen, was passiert oder vielleicht passiert, wenn einer Person eine klinische Depression diagnostiziert wird. Aber was ist, wenn man sich nur ein wenig niedergeschlagen fühlt? Oder vielleicht fühlt man sich gut, aber man möchte sich noch besser fühlen – können diese Techniken für eine solche, nennen wir es einmal „kosmetische Verbesserung der Stimmung„, verwendet werden? Wir haben kürzlich gezeigt, dass nicht-invasive Stimulationen des Gehirns zu einer Verbesserung der Stimmung bei ansonsten gesunden und nicht-depressiven Menschen verhelfen können. Die Technologie, die wir verwendeten – hier war es die transkranielle Gleichstrom-Stimulation – ist recht günstig und für viele Menschen zugänglich. Könnte diese Methode also die eigene Stimmung erheblich verbessern, wann immer man dies nach einem harten Tag benötigt? Es sind bereits Produkte erhältlich, die behaupten, sie würden nicht-invasive Techniken der Gehirn-Stimulation verwenden, um den Gemütszustand zu regulieren. In ähnlicher Weise bieten so Privatkliniken kostenpflichtige Neurofeedback-Trainingskurse an. Momentan gibt es relativ wenige Beweise dafür, dass die Techniken die Fähigkeit besitzen, die Stimmung von nicht depressiven Menschen zu verbessern und sind oft nicht besser als Placebo. Damit soll nicht gesagt werden, dass neue Behandlungsmethoden nicht angeboten werden sollten, schließlich wollen manche Menschen gern homöopathische Behandlungen zahlen, obwohl es keine Beweise gibt, dass eine solche Behandlungsweise überhaupt wirkt. Dennoch wirft das Schlagwort der kosmetischen Verbesserung der Stimmung mögliche ethische Fragen auf: Sind wir in der Lage, die Schäden, die im Zusammenhang mit der anpassenden Stimmungs-Technologie stehen, völlig zu verstehen und stehen diese Risiken im Gleichgewicht mit den potentiellen Vorteilen? Könnte eine Person beispielsweise von der Stimulation des Gehirns in gleicher Weise abhängig werden wie man auch von Alkohol oder Drogen abhängig werden kann? Welche Rolle spielen die Hersteller und die Privatkliniken bei der Kommunikation und Überwachung solcher Gefahren? Und ist es gerecht, dass manche (wohlhabenden) Menschen Zugang zu einer Stimmungs-Anpassung haben – und andere nicht?

Stimmungs-Anpassung in der Zukunft

Wir sind gerade erst dabei, zu verstehen, wie sich die Stimmung mit Hilfe von neurowissenschaftlicher Technologien anpassen lässt. Es wäre einfach, sich in Science-Fiction-artigen Spekulationen über „Glücks-Chips“ im Hirn, in die Idee der verpflichtenden Stimmungsverbesserungen zur Erhöhung der Effizienz am Arbeitsplatz oder sogar in noch weitergehende Verbesserungen, die den schlimmsten Häftling für seine kriminellen Taten leiden lassen, zu verrennen. Aber mit einer vernünftigen Entwicklung dieser Technologie besitzen wir das Potential, das Leben von zahlreichen Menschen zu verbessern. Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Thinking“ by Floyd-out (CC BY 2.0)


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  • INTERNETANBIETER sueddeutsche: Der Routerzwang endet – was Internetnutzer jetzt wissen müssen: Ab dem 1.August kann man in Deutschland frei entscheiden, welchen Router man benutzen möchte. Verträge, die ab diesem Datum abgeschlossen werden, dürfen den Nutzer nicht mehr dazu zwingen, einen bestimmten Router verwenden zu müssen. Grund für diese Änderung soll die Unzufriedenheit vieler Kunden sein, da manche Router technisch schlecht seien und ein Sicherheitsrisiko darstellen. Ungeklärt ist jedoch, ob es Kunden möglich sei, die aktuell noch einen Vertrag laufen haben, einen eigenen Router zu wählen.

  • FACEBOOK usatoday: Facebook could get hit with $3B to $5B tax bill: Am Mittwoch sind im Facebook Hauptquartier höchstwahrscheinlich einigen die Kinnladen etwas abgesackt, als ein Brief des Internal Revenue Service beim Unternehmen landete. Das IRS teilte Facebook mit, dass es den Zeitraum 2008 bis 2013 untersuche, weil man Unregelmäßigkeiten entdeckt haben wolle, die sich auf einen Geldtransfer zu einer irischen Subsidiarität beziehe. Facebook wolle das nicht akzeptieren und gab bereits bekannt, rechtliche Schritte dagegen einzuleiten. Es geht um einen Betrag, der bis zu 5 Milliarden Dollar erreichen könnte. Das würde das Unternehmen hart treffen.

  • STARTUP gruenderszene: „Viele Patienten lesen sich gefährliches Halbwissen an“: Das Internet hat einige Menschen zu Hobbyärzten gemacht. Eine Stunde im Netz, um den Grund für bestimmte Symptome herauszufinden und schon hat man sich davon überzeugt an Krebs zu leiden. In Wirklichkeit ist es natürlich viel harmloser. Aber vielen Menschen ist es zu stressig, einen spontanen Termin bei Arzt zu machen. Deshalb haben drei Gründer nun ein Startup ins Leben gerufen, das seine Nutzer via Chat, Video oder Telefon mit einem Arzt verbindet. Das soll Menschen davon abhalten falsche Diagnosen zu stellen und Medikamente zu kaufen, die bei falscher Benutzung gefährlich sein können.

  • MICROSOFT reuters: Microsoft to cut 2,850 more jobs: Vor zwei Jahren kaufte Microsoft den finnischen Telekommunikationskonzern Nokia, um eine Konkurrenz zu Apple und Samsung aufbauen zu können. Im Mai hieß es dann, dass 1.850 Jobs in ihrer Smartphonesparte wegfallen werden – die meisten davon in Finnland. Nun gab der Konzern bekannt noch einmal rund 2.850 Jobs zu kürzen. Das würde seit Mai eine Kündigungsanzahl von 4.700 Angestellten bedeuten. Also rund 4% der Angestellten von Microsoft.

  • SOFTWARE macerkopf: Apple heuert QNX-Gründer Dan Dodge für Apple Car Team an: Höchste Priorität bei Apple soll nun die Entwicklung eines Systems für selbstfahrende Autos sein. Fraglich ist nur, ob Apple ein komplett eigenes Fahrzeug entwickelt, mit Partnern zusammenarbeitet oder einen Fahrzeughersteller übernimmt. Als Unterstützung hat sich Apple den ehemaligen CEO Dan Fodge von QNX ins Boot geholt. Dieser soll die Entwicklung schnell vorantreiben.

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Wie Hirnimplantate gelähmten Menschen helfen können

chip (adapted) (Image by Sebastian [CC BY-SA 2.0] via Flickr)

Etwas so Einfaches wie eine Tasse hochzuheben, verlangt unserem Körper eine Menge ab. Die Armmuskeln arbeiten, um den Arm zur Tasse zu bewegen, während die Fingermuskeln es ebenso machen, um die Finger dazu zu bringen, sich um den Griff zu legen. Eure Schultermuskeln sorgen dafür, dass der Arm nicht aus der Schulter bricht und alle inneren Muskeln arbeiten daran, dass der Körper nicht nach vorne fällt, herbeigeführt durch das zusätzliche Gewicht der Tasse. Alle diese Muskeln arbeiten präzise und koordiniert zusammen, während euer eigentlicher und bewusster Gedanke lautet: „Aha, das ist also Tee!“.

Genau deshalb ist es so schwierig, gelähmte Gliedmaßen wieder dazu zu bringen, sich zu bewegen. Die meisten gelähmten Muskeln können noch arbeiten, aber die Kommunikation mit dem Gehirn funktioniert nicht mehr, demnach gibt es keine Anweisung, zu arbeiten. Noch können wir die Beschädigungen am Rückenmark nicht beheben. Daher muss man dieses Problem umgehen und die Anweisungen an die Muskeln anderweitig, also künstlich, geben. Dank der Entwicklung von Technik, die Gehirnaktivitäten lesen und interpretieren kann, könnten diese Anweisungen irgendwann direkt vom Hirn eines Patienten kommen. Wir können gelähmte Muskeln dazu bringen, sich zu bewegen, indem wir sie mit Elektroden stimulieren, die man in den Muskeln oder um die Nerven anbringt, die diese versorgen. Diese Technik nennt man funktionelle Elektrostimulation (FES). Sie wird einerseits benutzt, um gelähmten Menschen dabei zu helfen, sich zu bewegen, aber auch, um die Blasenfunktion wiederherzustellen, effektives Husten zu erreichen oder Schmerzlosigkeit zu erzielen. Es handelt sich dabei um eine faszinierende Technik, die einen großen Unterschied in den Leben der Menschen mit einer Knochenmarkverletzung machen kann.

Dimitra Blana und ihre Kollegen arbeiten daran, wie man diese Technologie damit verbinden kann, einen Arm zu bewegen. Hierbei handelt es sich um eine komplexe Anzahl von Anweisungen. Welche Muskeln müssen aktiviert werden, wenn man die Tasse anheben will? Wann geschieht dies, wie viel Kraft muss dafür angewandt werden? Die Anweisungen sind kompliziert – nicht nur, weil verschiedene innere Schultern-, Arm- und Fingermuskeln dabei involviert sind. Während der Tee getrunken wird, ändern sich diese Anweisungen, weil sich auch das Gewicht der Teetasse verändert. Will man etwas anderes machen, sich beispielsweise an der Nase kratzen, werden ganz andere Anweisungen benötigt. Statt einfach nur verschiedene Anweisungen an gelähmten Muskeln auszuprobieren und dabei darauf zu hoffen, diejenigen zu finden, die funktionieren, kann man Computermodelle des Bewegungsapparates nutzen, um diese zu berechnen. Diese Systeme sind mathematische Beschreibungen von Muskeln, Knochen und Gelenken und können nachbilden, wie diese agieren und miteinander arbeiten, während man sich bewegt. In diesen Simulationen kann man Muskeln stärker oder schwächer machen, lähmen oder von außen stimulieren. Man kann verschiedene Anweisungsmuster schnell und sicher testen, die Modelle können ihre Teetasse wieder und wieder anheben – mal mehr, mal weniger erfolgreich.

Die Muskeln modellieren

Um diese Technologie zu testen, arbeitet das Team in Keele mit dem Cleveland FES Center in den USA zusammen, wo bis zu 24 Elektroden in Muskeln und Nerven von Teilnehmern an einer Forschungsstudie implantiert werden. Sie nutzen Modellierungen, um zu entscheiden, wo man die Elektroden platzieren muss, da es mehr gelähmte Muskeln als Elektroden in dem aktuellen FES-System gibt. Wenn man sich entscheiden müsste, was wäre also besser? Sollte man eher den unteren Schulterblattmuskel oder den Obergrätenmuskel stimulieren? Wenn man den Achselnerv stimuliert, muss man dann die Elektroden vor oder hinter die Zweigstelle des Teres Minor setzen? Um diese schwierigen Fragen zu beantworten, lassen die Wissenschaftler viele Simulationen mit verschiedenen Elektrodensets durchlaufen und suchen dasjenige, das den Comuptermodellen erlaubt, die effektivste Muskelbewegung auszuführen. Im Moment arbeitet das Team an der Schulter, die durch eine Gruppe von Muskeln stabilisiert wird, die man Muskel-Sehnen-Kappe nennt. Wenn man die Anweisungen an den Arm falsch eingibt, greift dieser eventuell nach dem Suppenlöffel statt nach dem Buttermesser. Wenn man die Anweisungen an die Muskel-Sehnen-Kappe falsch eingibt, springt der Arm möglicherweise aus der Schulter heraus. Dies sieht schon an Computermodellen nicht sehr verträglich aus – aber die beschweren sich immerhin nicht, während Studienteilnehmer so etwas sicherlich nicht so einfach vergeben würden. Zu wissen, wie man gelähmte Muskeln wieder aktiviert, um sinnvolle Bewegungen zu produzieren, etwa Greifbewegungen, ist jedoch nur ein Teil des Problems. Wir müssen auch herausfinden, wann man die Muskeln aktivieren muss, wie beispeilsweise, wenn der Nutzer ein Objekt aufheben will. Eine Möglichkeit ist es diese Information direkt aus dem Gehirn zu lesen. Erst kürzlich haben Wissenschaftler in den USA ein Implantat genutzt, um einzelnen Gehirnzellen eines behinderten Menschen zuzuhören. Verschiedene Bewegungen sind mit verschiedenen Mustern an Gehirnaktivitäten verbunden, dadurch war es dem Teilnehmer möglich eine von sechs zuvor programmierten Bewegungen zu wählen, welche dann erzeugt wurden, indem Handmuskeln stimuliert wurden.

Das Gehirn lesen

Hierbei handelte es sich um einen spannenden Schritt in das Themenfeld der neuralen Prothesen, doch es bleiben noch viele Herausforderungen. Idealerweise sollten Hirnimplantate mehrere Jahre durchhalten – heutzutage ist es jedoch schwierig, das selbe Signal über mehrere Wochen aufzunehmen, sodass diese Systeme regelmäßig neu kalibriert werden müssen. Neuere Implantatdesigns oder verschiedene Gehirnsignale könnten die Langzeitstabilität verbessern. Außerdem können Implantate nur auf eine kleine Menge der Millionen Zellen hören, die unsere Gliedmaßen kontrollieren. Demnach ist der Bewegungsumfang, der mittlerweile ausgelesen werden kann, noch sehr eingeschränkt. Dennoch sind mit per Gehirn kontrollierter, roboterhafter Gliedmaßen mit relativ viel Freiheit ausgestattet (Bewegung, Rotation und Greifen) – immerhin, die Möglichkeiten dieser Technologien entwickeln sich stetig. Schlussendlich kann man sagen, dass gerade, mühelose Bewegungen, die wir normalerweise als selbstverständlich ansehen, von einer großen, sensorischen Rückmeldung gelenkt werden, die uns sagt, wo unsere Arme sind und wann unsere Fingerspitzen Objekte berühren. Trotzdem können diese Signale auch nach einer Verletzung verloren gehen, deshalb arbeiten Wissenschaftler an Gehirnimplantaten, die vielleicht eines Tages diese Empfindungen wiederherstellen, ebenso wie Bewegungen. Es gibt Wissenschaftler, die darüber spekulieren, dass Technologien, die das Hirn auslesen können, auch dabei helfen können, körperlich gesunde Individuen besser mit Computern, Handys oder sogar anderen Gehirnen kommunizieren zu lassen. Allerdings bleibt das wohl eher Science Fiction – wohingegen Gehirnkontrolle für medizinische Zwecke immer rascher eine klinische Realität wird.

Dieser Artikel erschien zuerst auf “The Conversation” unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „chip“ by Sebastian (CC BY-SA 2.0)


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Bye bye, Iron Man: Hautenge Anzüge sind die Zukunft der Exoskelette

Welle Erdball im Anker Leipzig (adapted) (Image by Danny Sotzny [CC BY-SA 2.0] via flickr)

Vor Kurzem bekam eine Gruppe Kinder, die an einer seltenen neurologischen Krankheit leidet, zum ersten Mal im Leben die Gelegenheit, dank eines neuen technisch gestützten Exoskeletts, selbständig zu gehen. Diese Geräte – die im wesentlichen Robotikanzüge sind, die künstlich die Bewegung der Glieder eines Nutzers steuern – müssen immer einfacher handhabbar werden. So kann Leuten, die ihre Beine nicht mehr nutzen können, dabei geholfen werden, wieder zu gehen. Doch während Exoskelette von heute größtenteils plumpe, schwere Geräte sind, könnte eine neue Technologie sie viel leichter und selbstverständlicher machen – wenn man sie wie eine zweite Haut designen würde. Exoskelette wurden in den 1960er Jahren entwickelt. Das erste dieser Art war eine sperrige Konstruktion aus Beinen und klauenähnlichen Handschuhen, die an den Superhelden Iron Man erinnerten. Der Anzug sollte hydraulische funktionieren und es Arbeitern ermöglichen, Hunderte von Kilogramm des normalen Gewichts zu heben. Das hat zwar nicht funktioniert, doch seitdem wurden andere Designs für Ober- und Unterkörper entwickelt, die mit Erfolg angewandt wurden, um die menschliche Kraft zu steigern, ihre Gliedmaßen zu benutzen oder mit Hilfe von Computern Dinge zu berühren und zu fühlen. Die Gliedmaßen werden durch technische Gelenke angetrieben, die den Knochen und Gelenken des Nutzers angepasst wurden. Die Verbindungen werden an den Gliedmaßen des Benutzers festgeschnallt. Wenn die angetriebenen Gelenke aktiviert werden, veranlassen sie die Gliedmaßen, ihre Gelenke zu beugen. Die Kontrolle des Exoskelettes kann durch einen Computer durchgeführt werden, beispielsweise während einer betreuten Krankengymnastik oder durch Überwachung der elektrischen Tätigkeit in den Muskeln des Benutzers, die die körpereigene Kraft verstärken und diese an die Gliedmaßen weitergeben.

Schwer und schmerzhaft

Doch trotz einem halben Jahrhundert der Forschungstätigkeit sind Exoskelette noch nicht weit verbreitet. Dies liegt vor allem daran, dass es in der Regel sehr unangenehm ist, sie als für längere Zeit zu tragen, da sich die standardisierte Anzuggröße kaum an unterschiedliche Körper anpassen kann. Einige Exoskelette sind so ausgelegt, dass sie an den Körper eines Patienten angepasst werden können. Wenn aber die Robotikgelenke und die realen Gelenke des Benutzers sich nicht in genau der gleichen Position befinden, können unnatürliche Bewegungen zu Beschwerden oder Schmerzen führen. Dies wird noch verschlimmert durch die Steifheit der einzelnen Teile des Anzugs. Ein weiteres Problem, das besonders bei Oberkörper-Exoskeletten auftritt, ist das Gewicht. In der Regel müssen schwere Materialien verwendet werden, um das Körpergewicht und die leistungsstarken Antriebe zu unterstützen, die die Gelenke bewegen. Die Anzüge sind auch nicht dafür konzipiert, dass sie auch mit Temperaturänderungen oder Regen umgehen können – insgesamt also Bedingungen, die es schwierig machen, sie im Alltag zu verwenden. Und das Design, das bislang ebefalls kein vorrangiges Anliegen der Entwickler war, kann die Träger noch weiter ausgrenzen, als sie es ohnehin schon erleben.

Prototype soft exoskeleton glove (Image by Steve Davis)
Prototype soft exoskeleton glove (Image by Steve Davis)

Um Exoskelette praktischer und attraktiver zu machen, brauchen wir Innovationen, damit sie eher zu einer „zweiten Haut“ werden, als zu einem riesigen Roboter-Anzug. Exoskelette nutzen in der Regel schwere Elektromotoren, aber leichte Antriebe, die im Prinzip wie pneumatische Muskeln betrachtet werden. Diese können ähnliche Kräfte wie Elektromotoren produzieren, jedoch zu einem Bruchteil des Gewichts. Die Muskeln bestehen aus einer Gummiblase, die von einer Gewebeummantelung umgeben ist. Wenn Druck eingesetzt wird, vergrößern sie sich im Durchmesser in der Länge, um das Gelenk zu ziehen. Sie sind aus leichten Materialien hergestellt, aber erzeugen die Kraft, die man benötigt, um viele hundert Kilogramm zu heben.

Weiche Robotertechnik

Dennoch müssen auch diese Leichtgewichte noch an eine starre, mechanische Struktur angebracht werden, die an den Nutzer angeschnallt werden muss. Ich und meine Kollegen der Universität Salford vom Zentrum für Autonome Systeme und Robotertechnik entwickeln eine Alternative: die sogenannte weiche Robotiktechnik. Diese Technologie verwendet angenehm weiche, aber fortschrittliche Materialien, um ähnliche Aufgaben wie die der traditionellen starren Robotikgeräte auszuführen. Sie werden besonders aufgrund der Wechselwirkung mit den Menschen gut an den Körper angepasst, da sie nicht viel wiegen. Dies bedeutet, dass sie – sollte der Träger mit einer anderen Person kollidieren – kaum Verletzungen verursachen.

Kürzlich haben wir einen neuen “weichen Dauerantrieb” entwickelt – ein Gelenk, das sich wie der Rüssel eines Elefanten biegt. Anders als traditionelle Robotergelenke, die starr bleiben, wenn sie auf Widerstand stoßen, wird dieses Gelenk an einer beliebigen anderen Stelle beweglich sein. Indem wir einen hautengen Anzug mit diesen Auslösern ausstatten, können wir ein weiches Exoskelett erschaffen, das sich an der genauen Position der Gelenke des Trägers biegt. Das bedeutet, dass der Anzug verschiedenen Benutzern bequem passen wird, ohne dass mechanische Anpassungen oder Kalibrierungen vorgenommen werden müssen. Zudem ist das System leicht und kann wie Kleidung ohne ein sperriges mechanisches Gerüst getragen werden. Exoskelette werden erst jetzt auf dem freien Markt verkauft, und wir werden wahrscheinlich in den nächsten Jahren noch mehr von ihnen mitbekommen. Im Jahr 2012 hat die querschnittsgelähmte Claire Lomas sogar den Londoner Marathonlauf mithilfe eines Exoskeletts vollendet. Doch es gibt noch bedeutende technische Herausforderungen, die gelöst werden müssen, bevor wir den weit verbreiteten Gebrauch dieser Systeme erleben werden. Zu allererst einmal brauchen wir eine Möglichkeit, den Anzug anzutreiben, ohne dass er jede halbe Stunde aufgeladen werden muss. Dieser Artikel erschien zuerst auf “The Conversation” unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image (adapted) „Welle: Erdball im Anker Leipzig“ by Danny Sotzny (CC BY-SA 2.0).

Image „Prototype soft exoskeleton glove“ by Steve Davis.


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Diese Nanobots könnten die Medizin revolutionieren

Kilobot Robot Swarm (Image by asuscreative [CC BY SA], via Wikimedia Commons)

Eine Gruppe von Physikern hat kürzlich den kleinsten Motor aller Zeiten aus nur einem einzigen Atom gebaut. Genau wie jeder andere Motor wandelt er Wärmeenergie in Bewegung um – aber in einem viel kleineren Maßstab als je zuvor. Das Atom ist in einem Kegel aus elektromagnetischer Energie gefangen und Laser hitzen es auf und kühlen es dann wieder herunter, sodass sich das Atom in dem Kegel wie ein Motorkolben hin und her bewegt.

Die Forscher der Universität Mainz, die hinter der Erfindung stecken, haben noch keinen spezifischen Nutzen für den Motor im Kopf. Aber er ist eine gute Veranschaulichung dafür, dass wir immer mehr in der Lage sein werden, Alltagsmaschinen, von denen wir abhängig sind, in winziger Größe nachzubauen. Das eröffnet den Weg für einige aufregende Möglichkeiten in der Zukunft, besonders für den Gebrauch von Nanorobotern in der Medizin, die in den Körper hineingeschickt werden könnten, um gezielt Medikamente freizusetzen oder sogar Krankheiten wie Krebs zu bekämpfen.

Die Nanotechnologie beschäftigt sich mit Objekten in der Größe von einem Milliardstel eines Meters, was nach einem unmöglich kleinen Maßstab klingt, um Maschinen zu bauen. Aber Größe ist relativ dazu, wie dicht man sich an einem Objekt befindet. Wir können Objekte in Nano-Größe genauso wenig mit dem bloßen Auge sehen, wie wir Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sehen können. Aber wenn wir heranzoomen – mit einem Teleskop für Planeten oder einem starken Elektronenmikroskop für Nano-Objekte – verändern wir den Referenzrahmen und die Dinge sehen ganz anders aus.

Auch wenn wir einen näheren Blickwinkel wählen, können wir trotzdem keine Maschinen auf Nanoebene mit herkömmlichen technischen Werkzeugen bauen. Während normale Maschinen wie die Verbrennungsmotoren in den meisten Autos nach Newtons Gesetzen der Physik funktionieren, folgen die Dinge auf Nanoebene den viel komplexeren Gesetzen der Quantenmechanik. Also brauchen wir andere Werkzeuge, die die Quantenwelt berücksichtigen, um Atome und Moleküle so zu manipulieren, dass wir sie nutzen können, um Bausteine für Nanomaschinen zu bauen. Im Folgenden werden vier weitere winzige Maschinen vorgestellt, die einen großen Einfluss haben könnten.

Graphen-Maschine für Nanoroboter

Forscher aus Singapur haben vor Kurzen einen einfachen, aber in Nano-Größe gebauten Motor aus einem Stück hochelastischen Graphen präsentiert. Graphen ist eine zweidimensionale Platte aus Kohlenstoff-Atomen, die außergewöhnliche mechanische Stabilität besitzt. Sobald man Chlor- und Fluor-Moleküle in das Graphen-Gitter gibt und einen Laserstrahl darauf schießt, breitet sich die Platte aus. Wenn man den Laser nun sehr schnell an- und ausschaltet, bewegt sich das Graphen hin und her wie der Kolben eines Verbrennungsmotors.

Die Forscher glauben, dass der Graphen-Nanomotor als Antrieb für winzige Roboter genutzt werden könnte, um zum Beispiel Krebszellen im Körper zu attackieren. Weiterhin könnte er als so genannter „Lab-On-Chip“ gebraucht werden – ein Gerät, das die Funktionen eines Chemie-Labors auf ein winziges Paket zusammenschnürt, welches dann unter anderem für schnelle Bluttests genutzt werden kann.

Reibungsloser Nano-Rotor

Die Rotoren, die Bewegung in Maschinen wie Flugzeugmotoren oder Ventilatoren produzieren, leiden normalerweise unter Reibung, die ihrer Leistung ein Limit setzt. Die Nanotechnologie kann dazu genutzt werden, einen Motor aus einem einzigen Molekül zu erfinden, das ohne jegliche Reibung rotieren kann. Normale Rotoren interagieren nach den gesetzen Isaac Newtons mit der Luft, während sie sich drehen und erzeugen somit Reibung. Aber auf Nanoebene folgen molekulare Rotoren den Quantengesetzen, das heißt also, dass sie auf diese Weise nicht mit der Luft interagieren und keine Reibung ihre Leistung beeinträchtigt.

Die Natur hat uns schon gezeigt, dass molekulare Motoren möglich sind. Bestimmte Proteine können sich mit einem Rotationsmechanismus, der Bewegung aus chemischer Energie umwandelt, an einer Oberfläche entlangbewegen. Diese Motorproteine sind dafür zuständig, dass sich Zellen kontrahieren können und so unsere Muskelbewegungen entstehen können.

Forscher aus Deutschland haben vor Kurzem berichtet, dass sie einen molekularen Rotor bauen konnten, indem sie sich bewegende Moleküle durch ein winziges hexagonales Loch, das man als Nanopore bezeichnet, in ein dünnes Stück Silber gegeben haben. Die Position und Bewegung der Moleküle hat dazu geführt, dass sie wie ein Rotor um das Loch rotiert sind. Diese Art des Nanomotors könnte wiederum dazu genutzt werden, einen winzigen Roboter im Körper anzutreiben.

Kontrollierbare Nano-Raketen

Raketen sind die schnellsten von Menschen geschaffenen Fahrzeuge, die sich frei durch das Universum bewegen können. Mehrere Gruppen von Forschern haben kürzlich eine ferngesteuerte Hochgeschwindigkeitsrakete in Nano-Größe konstruiert, indem sie Nanopartikel mit biologischen Molekülen kombiniert haben.

In einen Fall wurde der Rumpf der Rakete aus einem gold- und chrom-bezogenen Styroporkügelchen gebaut. Dieses wurde an vielen „katalytischen Motor-Molekülen“ mithilfe von DNA-Strängen befestigt. Wenn dieses nun in eine Wasserstoffperoxid-Lösung gegeben wurde, haben die Motormoleküle eine chemische Reaktion ausgelöst, die Sauerstoffblasen erzeugt hat, sodass sich die Rakete in die entgegengesetzte Richtung bewegt hat. Sobald man nun einen Strahl ultravioletten Lichtes auf eine Seite der Rakete gelassen hat, ist die DNA an dieser Stelle auseinandergebrochen, hat die Motorfunktion abgelöst und so die Richtung der Reise der Rakete geändert. Die Forscher hoffen, damit eine Rakete entwickeln zu können, die in jeder Umgebung eingesetzt werden kann, um zum Beispiel Medikamente in ein bestimmtes Körpergebiet zu bringen.

Magnetische Nano-Fahrzeuge, um Medikamente zu transportieren

Meine eigene Forschungsgruppe gehört zu denen, die an einem einfacheren Weg, Medikamente im Körper zu transportieren, arbeiten. Dies ist schon mit magnetischen Nanopartikeln gelungen: Hierbei werden Medikamente in eine magnetische Hüllenstruktur injiziert, die sich in Anwesenheit von Hitze oder Licht ausbreiten kann. Dadurch kann sie, sobald sie in den Körper eingeführt worden ist, mit Magneten ins Zielgebiet gelenkt und dann aktiviert werden, um sich auszubreiten und das Medikament freizusetzen.

Die Technologie wird auch für die medizinische Bildgebung erforscht. Nanopartikel herzustellen, die bestimmte Gewebe erreichen und den Körper mit Kernspintomographie (MRT) von innen scannen, könnten dabei helfen, Probleme wie Diabetes darzustellen.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image „Kilobot Robot Swarm“ by asuscreative (CC by SA 4.0)


The Conversation

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Soeben gelandet – Die Netzpiloten-Tipps aus Blogs & Mags

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  • Facebook t3n: Facebook öffnet Instant Articles für alle – und so legst du sie an: Instant Articles sollen besonders zwei Vorteile für Unternehmen haben, die herausstechen. Zum einem werden ihre Artikel in Sekunden aufrufbar sein, sodass potentielle Leser nicht beim Laden der Internetseite die Geduld verlieren. Zum Anderen wird es ihnen möglich sein, auch über Instant Articles ihren Inhalt mit Werbung zu vermarkten ohne Provision abzugeben. Außerdem soll es gar nicht so schwer sein, die eigene Seite auf Instant Articles einzurichten, entweder geht es über ein WordPress Plugin oder kann manuell eingefügt werden.
  • WHATSAPP Heise: EFF würdigt WhatsApp-Verschlüsselung: Wie sicher ist die neue Verschlüsselung von Whatsapp? In die Topliste der Krypto-Messenger hat sie es bereits geschafft, aber die volle Punktzahl der sieben Kriterien konnte sie nicht erreichen. Der Punkt Open Source wird nicht erfüllt und somit sind andere Anbieter wie Telegram mit ihrer Verschlüsselung noch immer dem Nachrichtendienst Whatsapp voraus.
  • LIVESTREAM TNW: Watch a cancer operation live in virtual reality this week: Operationen live im Internet anschauen als Virtual-Stream? Ein Krankenhaus in Großbritannien macht es möglich. Die Operation wird am 14. April live gefilmt und kann über die Internetseite oder einem Google Cardboard verfolgt werden. Durch Virtual Reality erhält der Betrachter den Eindruck selbst mitten im Raum zustehen. Als Bildung für angehende Ärzte ist der Livestream ein Fortschritt Aber wie werden andere darauf reagieren, bleibt abzuwarten.
  • SCORP Gründerszene: Das Video-Reddit aus der Türkei: Seit Februar ist Scorp auch auf dem deutschen Markt erhältlich. Die Video-App wurde von zwei Studenten aus der Türkei gegründet und befasst sich ausschließlich mit dem Teilen von 15 Sekunden langen Videos. Finanzieren tut sich die App über Native Advertising und über ein Angel-Investment. Schon jetzt hat diese neue Plattform eine beträchtliche Fanbase in der Türkei, aber wie wird die App in Deutschland oder in den US ankommen?
  • RUNDFUNK n24: Beim Rundfunkbeitrag steht nur eines fest: Der Rundfunkbeitrag ist eine heikle Angelegenheit bei den Bürgern. Nicht jeder ist mehr im Besitz eines Kabelfernsehers oder eines Radios. Dementsprechend weigern sich viele den Rundfunkbeitrag, der nun auch Pflicht ist, zu zahlen. Das führte zu mehreren gerichtlichen Vorfällen, die nicht zu Gunsten der Bürger ausfielen. Zukünftige Weigerungen der Zahlung des Beitrages würde dazu führen, dass der Rundfunkbeitrag weiter ansteigt.

Image by chalabala / 123RF Lizenzfreie Bilder


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Mit den eigenen Gedanken Maschinen steuern

Gehirn (image by geralt [CC0 Public Domain] via pixabay)1-1

Die direkte Verbindung zwischen Gehirn und Computer bietet in naher Zukunft Menschen neuartige Hilfen. Patienten, die teilweise oder vollständig gelähmt sind, die ihre Sehfähigkeit verloren haben oder denen Gliedmaßen fehlen, können mit dieser Technologie einen Teil ihrer alten Leistungsfähigkeit zurückerlangen. In Berlin sucht das “Berlin Brain Computer Interface” (BCCI) nach effektiveren Methoden zum Erkennen und Entschlüsseln der elektrischen Impulse im Gehirn. Hier arbeiten Neurologen der Berliner Charité mit Experten anderer Forschungseinrichtungen wie der TU Berlin aus den Bereichen maschinelles Lernen, Neurotechnologie und anderer Disziplinen zusammen.

Der direkte Draht zwischen Mensch und Maschine

Ein “Brain Computer Interface” (BCI) arbeitet mit Sensoren auf der Kopfhaut, die die elektrischen Ströme in der Hirnrinde aufzeichnen und sie an einen Computer übermitteln. Je mehr Sensoren auf der Kopfhaut sitzen, desto genauer können Forscher das Gehirn erfassen. So entsteht eine Art Landkarte der verschiedenen Gehirnzentren und ihrer Verbindungen untereinander. Diese Technik ist als Elektro-Enzephalogramm oder EEG seit langem Teil der neurologischen Diagnostik. Ein BCI funktioniert, indem der Computer die Signale interpretiert und in Befehle für ein Gerät übersetzt. Das kann ein PC sein, ein Kleinflugzeug, eine Prothese oder eben ein ganzes Exoskelett. Denn die elektrischen Impulse stellen unsere Gedanken dar, also etwa die Vorstellung, einen Arm zu bewegen oder einen Text zu schreiben.

Dabei lernt nicht der Mensch, sondern der Computer. Der Mensch muss sich bestimmte Dinge vorstellen, etwa die Bewegung einer Hand. Ein Lernalgorithmus sagt dem Computer, wann das Kommando für Handbewegung erfolgt. Nach 60 bis 80 Durchläufen kann der Computer dann erkennen, welche Signale zu welcher Bewegung gehören.

Neue Wege in der Medizin

Für die Verantwortlichen des BCCI stehen zukünftige Anwendungen in der Neuromedizin im Vordergrund: „Hier sind in naher Zukunft wichtige Innovationen für Patienten mit Querschnittslähmung, Schlaganfall oder Locked-In-Syndrom zu erwarten“, erklärt der Neurologe Professor Gabriel Curio, Leiter der Arbeitsgruppe Neurophysik der Klinik für Neurologie an der Charité Berlin.

Insbesondere schwerstgelähmte Patienten, die vom Hals abwärts gelähmt sind, würden von BCIs profitieren. Auch für Opfer des Locked-In-Syndroms böten sich Heilungschancen. Das Syndrom entsteht als Folge eines Hirnstamm-Infarktes oder eines Unfalls und bewirkt, dass die Patienten vollständig gelähmt sind. Das Bewusstsein ist intakt, aber sie können nur noch die Augenlider bewegen. Durch eine Gehirn-Computer-Schnittstelle könnten sie wieder kommunizieren und sich bewegen.

Auch Neuroprothesen sind möglich. So ließen sich ein Arm, ein Bein oder aber ein ganzes Exoskelett, eine Art motorbetriebenen Anzug, steuern. Gelähmte können sich so wieder auf zwei Beinen bewegen, wie etwa der Querschnittsgelähmte, der bei der Fußball-WM 2014 in Brasilien symbolisch den Anstoß gab. Außerdem interessieren sich die Berliner Forscher für die sogenannte Neurorehabilitation von Schlaganfallpatienten. Ein BCI könnte nicht nur fehlerhafte Gehirnimpulse, die zu Schlaganfällen führen können, entdecken, sondern auch durch Neurofeedback helfen, diese Impulsmuster zu korrigieren. Für die Vorsorge bei Schlaganfällen bieten sich hier neue Möglichkeiten. Denn ein BCI ist auch fähig, die ersten Anzeichen eines Schlaganfalls zu erkennen. Der koreanische IT-Konzern Samsung hat eine Kombination aus Headset und App entwickelt. Das Headset übermittelt die Daten an die App, die wiederum das Schlaganfall-Risiko berechnet.

Neue Art des Fliegens und Spielen über Bande

Zu den spektakulären Anwendungen außerhalb der Medizin gehört “Brainflight”. Das ist eine Drohnen-Fernsteuerung, die vom portugiesischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Tekver zusammen mit der ebenfalls in Portugal ansässigen Champalimaud Foundation, der niederländischen Eagle Science und der Technischen Universität München entwickelt wurde. Erstmals demonstriert wurde “Brainflight” bereits 2014. Der Pilot steuerte zunächst Flugkörper im Simulator, später auch echte Klein-Drohnen. Außerdem testeten die Entwickler “Brainflight” auch mit dem Simulator einer DA 42, eines zweimotorigen Leichtflugzeuges.

Sogar die Kommunikation zwischen menschlichen Gehirnen wird möglich. An der Washington-Universität in Seattle hat ein Forscherteam zwei Probanden so miteinander verbunden, dass einer die rechte Hand des anderen steuern und so ein Computerspiel spielen konnte. Der Informatiker Rajesh Rao saß vor einem Monitor und steuerte über ein BCI die Hand des Psychologen Andrea Rocco. Das Experiment fand vor zwei Jahren statt; inzwischen arbeiten die beiden daran, komplexe Informationen zu übermitteln.

Aber wirklich marktreif ist die Technologie der Computer-Hirn-Schnittstellen noch nicht. Für Menschen, die an Lähmungen leiden oder Gliedmaßen verloren haben, sind Neuroprothesen ein echter Durchbruch. Trotzdem ist die Steuerung einer computergesteuerten Kunsthand nicht mit einer organisch gewachsenen Hand vergleichbar. Auch ist die Technik noch nicht weit genug entwickelt. So brauchen die Elektroden auf der Kopfhaut immer noch große Mengen leitfähiges Gel, kleinere Sensoren, die ohne Gel auskommen, fehlen bislang. „BCI-Systeme gibt es nicht auf Krankenschein, sie werden derzeit nur im Rahmen kontrollierter Studien getestet. Es wird noch etliche Jahre dauern, bis wir ein System haben, das die Patienten im Alltag verwenden können“, so Professor Gabriel Curio.

Hinzu kommen ethische Fragen: Wie weit soll der Ersatz von Gliedmaßen gehen? Und wie weit, wenn er denn möglich wird, dürfte der Zugriff auf gedankliche Inhalte gehen? Oder müsste man ihn mit Blick auf die Persönlichkeitsrechte verbieten?


Image “Gehirn” by geralt (CC0 Public Domain)


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Von Science-Fiction zur Wirklichkeit: Der Beginn des Biofabrikants

Biotechnology (adapted) (Image by Idaho National Laboratory [CC BY 2.0] via Flickr)

Die Wissenschaft holt die Science-Fiction ein: in Zukunft wird der Beruf des Biofabrikants der Menschheit vollkommen neue Möglichkeiten eröffnen. Im vergangenen Jahr gelang es beispielsweise einem gelähmten Mann wieder zu laufen, nachdem eine Zellbehandlung in seinem Rückenmark eine Lücke schließen konnte. Dutzende Menschen haben bionische Augen implantiert und damit ist es ihnen sogar möglich, Infrarotstrahlen und ultraviolettes Licht zu erkennen. Amputationsopfer können ihre Gliedmaßen mit ihren Gedanken kontrollieren. Zur gleichen Zeit sind wir auf dem besten Weg uns Körperteile auszudrucken. Wir sind Zeuge einer Neugestaltung der chirurgischen Landschaft, die von den neuen Techniken erschaffen wurde. Diese Umwälzung lässt eine neue Art Ingenieur entstehen, einer der in der Lage ist, die Lücke zwischen Engineering und der Biologie zu überwinden. Lernen Sie den “Biofabrikant” kennen. Hier verschmelzen technische Fähigkeiten und Materialwissen, Mechatronik und Biologie mit den klinischen Studien.

Eine Karriere des 21. Jahrhunderts

Wenn Sie ein neues Körperteil brauchen, ist der Biofabrikant derjenige der es baut. Die Konzepte sind neu, die Technik ist zukunftsweisend. Und die Jobbeschreibung? Wird noch erstellt. Es ist eine Berufung, die bereits in den USA voll durchstartet. Im Jahr 2012 bewertete das Forbes Magazine den Fachbereich “biomedizinisches Engineering” (als Äquivalet zum Biofabrikant) auf den ersten Platz der 15 wichtigsten Studiengänge. Im darauffolgenden Jahr bezeichneten CNN und payscale.com ihn als “besten Job in Amerika”. Diese Schlussfolgerungen begründeten sich auf Faktoren wie Gehalt, Zufriedenheit innerhalb des Jobs und Jobaussichten. Das US Bureau of Labour Statistics entwarf ein Szenario mit enormen Wachstumszahlen über die nächsten zehn Jahre im Bereich der Jobs.

Cochlear Implant Advanced Bionics (Image by David Shankbone [CC BY 2.0] via Flickr)
Das Cochlear-Implantat hat vielen Menschen die Hörfähigkeit zurückgegeben. Image (adapted) „Cochlear Implant Advanced Bionics“ by David Shankbone (CC BY 2.0)

Währenddessen bahnt man sich in Australien seinen eigenen Weg. Als Geburtsland des Chochlear-Implantats erhielt Australien bereits eine weltweite Reputation bei diesen Themen. Die neuesten klinischen Durchbrüche, mit Hilfe einer Ferse und einem Kiefer aus Titan, haben den Status Australiens auf diesem Gebiet noch bestärkt. Ich habe neulich dabei geholfen, die weltweit ersten Masterkurse für Biofarikation zusammenzustellen. Diese sollen die nächste Generation von Biofabrikatoren erschaffen, die verschiedene Fähigkeiten erlernen müssen, wie beispielsweise 3D-Drucken für bestimmte Körperteile. Diese Fähigkeiten sind noch ausufernder als der technische Aspekt. Für den Job braucht man zudem die Fähigket, mit den Feineinstellern zu kommunizieren und mit Medizinern zusammenzuarbeiten. Die aufstrebende Industrie fordert die bisherigen Geschäftsmodelle heraus.

Leben als Biofabrikator

Tag für Tag muss der Biofabrikant das Zahnrad in der Recherchemaschine sein. Man arbeitet mit Medizinern zusammen und erfindet Lösungen für medizinische Bedürfnisse, tüftelt mit Biologen und Mechatronikern, um diese dann auch liefern zu können. Biofabrikanten sind naturgemäß vielseitig. Sie können die medizinischen Bedürfnisse im Vorhinein einschätzen, am Morgen bereits mit Elektroingenieuren Geräte einstellen, mit Biologen am Nachmittag Stammzellenunterscheidungen erzielen und am Abend einen potentiellen Finanzier heranziehen. Zudem sind sie sich immer ihrer Regulatorien und ihres sozialen Engagements bewusst.

Unsere Untersuchungen am ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science (ACES) konnte nur durch die Arbeit eines talentierten Biofabrikanten-Teams verwirklicht werden. Sie helfen uns, von Verkabelungen, wenn wir durchtrennte Nervenbahnen wieder herstellen wollen, über motorgetriebene Implantate, welche drohende epileptische Anfälle erkennen und sie beenden können bevor sie richtig begonnen haben, bis hin zu Knorpeln aus dem 3D-Drucker und Knochenimplantaten, die genau der Verletzung angepasst werden können. Das interdiziplinäre Netzwerk nimmt langsam Gestalt an und wir finden alle paar Tage neue Anwendungsmöglichkeiten. Die Forscher haben bisher nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was möglich ist. Es gibt noch Einiges mehr, was man als tragbare oder einpflanzbare Sensoren benutzen kann, um die Werte der Patienten messen zu können und diese dann den Ärzten zu übermitteln.

Zugleich entwickelt sich die Stammzellentechnologie enorm. Zellen können in Gewebe und in Organe umgewandelt werden. Dies wird zu einer Voreinstellung innerhalb der 3D-Technik führen, wo maßgeschneiderte Bioreaktoren die Funktionen des Körpers imitieren. Man stelle sich die Möglichkeiten vor Stammzellen in 3D anzuordnen. Um sie herum befinden sich andere unterstützende Zellen, die präzise eingestellt an bestimmten Stellen weiterwachsen. Diesen Effekt kann man in biologische Prozesse einbringen. Alle die sich mit 3D-Bioprinting auskennen, werden diese fundamentalen Forschungen ermöglichen.

Vintage LP Vinyl Record Collection - Six Million Dollar Man, Book & Record Set By Peter Pan Records, Copyright 1977 Universal City Studios, Inc.( Image by Joe Haupt [CC BY-SA 2.0] via Flickr)
Die TV-Sendung aus den 1970ern mit dem Nanem „Der Sechs-Millionen-Dollar-Mann“ regte unsere Vorstellungskraft an, aber die Forschung nimmt langsam Fahrt auf und holt die ein. Image (adapted) „Vintage LP Vinyl Record Collection – Six Million Dollar Man, Book & Record Set By Peter Pan Records, Copyright 1977 Universal City Studios, Inc.“ by Joe Haupt (CC BY-SA 2.0)

Neben universitärer Forschung werden die Biofabrikanten auch für den medizinischen Bereich unschätzbar wertvoll sein. Viele Unternehmen werden neue Produkte und Behandlungen erfinden. Besitzt ein Techniker nur einen Funken Unternehmertum, wird er selbst Firmen gründen. Das traditionelle Handwerk kann da nicht mithalten. 3D-Drucker entwickeln sich weiter und es wird immer deutlicher, dass man besondere Drucksysteme für bestimmte klinische Zwecke braucht. Der Drucker bei den Chirurgen, der für die Wiederherstellung von Knorpelgewebe benötigt wird, muss extra angepasst werden und bestimmte Feineinstellungen machen aus ihm eine stabile und verlässliche Maschine.

Ausgebildete Kräfte werden im öffentlichen Sektor eingesetzt, am ehesten bei Aufsichtsbehörden oder bei Gemeinschaftsarbeit. Für diese Berufe von Morgen müssen wir schon heute trainieren. Auf uns kommen neue Möglichkeiten zu, wie beispielsweise der neue Biofab-Master. Wir müssen jenseits der akademischen Grenzen denken lernen, die solche Entwicklungen verlangsamen. Wir müssen uns mit den traditionellen Handwerkern zusammentun, die die Fähigkeiten haben, die für die Industrie der nächsten Generation wichtig sind. Australien hat hier bereits einen guten Stand, um sich einen Platz zu sichern. Wir haben einen Handwerkssektor, der immer in Bewegung ist und sich ständig erweiternde Wissensgrundlagen über Materialien seit Jahrzehnten aufgebaut hat. Außerdem haben wir die Fähigkeit für dynamische Herstellung und ein Umfeld der wachsenden alternativen Geschäftsmodelle.

Dieser Artikel erschien zuerst auf “The Conversation” und steht unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung von Anne Jerratsch.


Image (adapted) „Biotechnology“ by Idaho National Laboratory (CC BY 2.0)


 

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Gesundheitsdaten: Die Forschung braucht sie, die Wirtschaft will sie

NEC-Medical-137 (adapted) (Image by NEC Corporation of America [CC BY 2.0] via Flickr)

Ein Arzt in den USA schreitet voran und veröffentlicht seine kompletten Gesundheitsdaten im Netz. Das ist ganz nach dem Geschmack von Wissenschaftlern, IT-Riesen und Versicherungen. In einem bemerkenswerten Meinungsartikel hat der US-amerikanische Arzt John D. Halamka von der Harvard Medical School verkündet, dass er seine gesamte Gesundheitsakte sowie seine kompletten Genom-Daten im Internet veröffentlicht hat. “Ich habe freiwillig meine Privatsphäre aufgegeben”, so Halamka. Und so kann man jetzt in seinen Daten herumschnüffeln und etwa nachlesen, dass Halamka Veganer ist, regelmäßig Vitamin-D3-Tabletten einnimmt, 2007 eine Pulsfrequenz von 53 hatte und sein Vater an Multipler Sklerose (MS) leidet.

Diese totale Transparenz, der sich der Mediziner und seine Familienmitglieder aussetzen, ist natürlich bewusst gewählt. Sie hätten ihre Daten deswegen “Open Source” gemacht, weil sie so zur Verbesserung des Gesundheitssystems beitragen, indem sie mit ihren Daten die klinische Forschung unterstützen. Vor Hackern, die auf kriminellem Weg an ihre Daten kommen, hätten sie keine Angst mehr, weil sie ohnehin schon öffentlich seien. Halamka prophezeit, dass sich die öffentliche Meinung wandeln werde – vom derzeitigen Geheimhalten von Gesundheitsdaten hin zum öffentlichen Teilen eben dieser.

Halamkas Entscheidung ist natürlich kontrovers – neben Finanzdaten gehören Gesundheitsdaten zu den sensibelsten Informationen über einen Menschen, die kaum jemand öffentlich einsehbar machen will. Dem US-Doktor jedenfalls schwebt eine Zukunft vor, in der Patienten eine schnellere und bessere Behandlung bekommen und in der Wissenschaftler in Echtzeit und mit Big Data an neuen Mitteln gegen Krankheiten forschen können – alles im Sinne des Gemeinwohls, versteht sich.

Apple erlaubt Forschern Zugriff auf iPhone-Daten

Neue Technologien wie Smartphones und Wearables, sowie dazugehörige Fitness- und Gesundheits-Apps wie Runtastic oder mySugr (eine App für Diabetiker), sorgen bereits heute dafür, dass medizinische Daten von Menschen sehr einfach und in Echtzeit gesammelt und ausgewertet werden können. Apple hat mit ResearchKit ein Open-Source-Projekt gestartet, das der Forschung ermöglichen soll, auf die Daten von freiwilligen iPhone-Nutzern zuzugreifen – in Kombination mit der Apple Watch könnten sie so nicht nur an zurückgelegte Strecken und “Self-Reporting”-Daten (bei mySugr etwa gibt der Nutzer selbst an, was er gegessen hat) herankommen, sondern an die digital erfasste Herzfrequenz oder an verbrauchte Kalorien. Apple sieht vor, dass der Nutzer selbst und vollkommen freiwillig mit seinen Daten an Studien teilnehmen kann und hegt kein direktes kommerzielles Interesse an den Nutzerdaten. ResearchKit ist in den USA bereits an verschiedenen Universitäten und medizinischen Einrichtungen im Einsatz, um etwa Parkinson, Diabetes, Asthma oder Brustkrebs näher zu erforschen.

Google wäre nicht Google, wenn es in dem Spiel um Gesundheitsdaten nicht auch mitspielen würde. Die bereits 2008 gestartete Plattform Google Health, bei der Nutzer ihre Gesundheitsdaten zentral verwalten konnten, schlug fehl und wurde drei Jahre nach dem Start wegen mangelndem Interesse wieder eingestellt. Doch Google gibt nicht auf: Mit Google Fit hat man Anfang des Jahres eine App auf Android-Handys gebracht, die Fitness-Daten des Nutzer sammeln soll. Vorgesehen ist auch, dass der Nutzer auf eigenen Wunsch hin seine Gesundheitsinformationen aus dieser App heraus an Dritte weitergeben kann – vielleicht einmal auch an Forschungseinrichtungen oder Ärzte.

Generali will Daten für neues Versicherungsmodell

Wo neue Daten in Fluss kommen, sind wirtschaftliche Interessen nicht weit entfernt. Ein Beispiel ist die Versicherungsgruppe Generali: Sie will im ersten Halbjahr 2016 ein “verhaltensbasiertes Versicherungsmodell” auf den Markt bringen, für das eine eigene App Daten zu Fitness, Lebensstil oder Ernährung sammeln und auswerten soll. Der Kunde, der die Versicherung abschließt, soll mit Rabatten und Gutscheinen belohnt werden, wenn er gesund lebt.

Daten- und Konsumentenschützer haben diese Privatversicherung auf Basis von Gesundheitsdaten bereits scharf kritisiert. Bernhard Matuschak vom österreichischen Verein für Konsumenteninformation (VKI) etwa schreibt:

Wer glaubt, ein gutes Geschäft zu machen, indem er seine persönlichen Daten gegen Gutscheine und Rabatte eintauscht, könnte sich gewaltig irren. Hinter dem Geschäft mit Daten steckt in vielen Fällen Abzocke. Konsumenten lassen sich allzu gerne mit einer lächerlichen Prämie für den persönlichen Datensatz abspeisen, die den wahren Wert nicht im Entferntesten wiedergibt.


Image (adapted) „NEC-Medical-137“ by NEC Corporation of America (CC BY 2.0)


 

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5 Lesetipps für den 5. Mai

In unseren Lesetipps geht es um das soziale Netzwerk 8, Hart aber Fair, Probleme der Hebammen, Startups und um die Entrepreneur’s Organisation. Ergänzungen erwünscht.

  • TV Frankfurter Allgemeine: TV-Kritik „Hart aber fair“: Der könik krif zum telefon: In der gestrigen Ausgabe von Hart aber Fair ging es um ein Thema, welches viele Deutsche beschäftigt und welches viel Diskussionsbedarf bietet: das deutsche Bildungssystem. Gäste waren unter anderem Mirko Drotschmann, Florian Langenscheidt oder Josef Kraus. In einer Kritik zur Sendung beschreibt Sandra Kegel die Diskussion und kritisiert dabei, dass sie nach einem guten Start eher ins Belanglose abgedriftet sei.

  • SOCIAL NETWORK t3n: Social Network „8“: Videos und Fotos für eine Handvoll Dollar posten: Das soziale Netzwerk 8 möchte Nutzer für Inhalte bezahlen. Es ist nicht das erste Netzwerk, dass so versucht, Benutzer zu generieren, doch zurzeit wahrscheinlich das lukrativste für die Nutzer. 80 Prozent der Umsätze von 8 sollen an die Nutzer gehen, bisher mehr als bei jedem anderen Netzwerk. Mit dem Netzwerk soll eine Alternative zu Youtube geschaffen werden, der Fokus liegt auf Videos und Fotos.

  • HEBAMMEN Kleinerdrei: Elend ohne Ende – Warum wir keine Lösung für die Geburtshilfe finden: In einem Gastbeitrag auf Kleinerdrei.org berichtet Hester Hansen über die momentanen Probleme der Hebammen und der Geburtenhilfe. Zurzeit schließen immer mehr Kreissäle, auf Sylt zum Beispiel sind Geburten garnicht mehr möglich. Schwangere Frauen sollen entweder auf dem Festland gebären. Auch heute, am internationalen Tag der Hebammen, sollen viele Aktionen das große Problem in den Fokus der Öffentlichkeit rücken.

  • STARTUP t3n: „Shut up and take my Wohnung“ – Dieses Startup zahlt dir deine Miete: Das Startup Flatbook möchte Verreisenden ihre Miete bezahlen. Klingt zu schön um wahr zu sein? Ist es eigentlich auch, doch das Unternehmen möchte es trotzdem möglich machen. Flatbook zahlt Mietern 100 US-Dollar und bittet dafür um die Erlaubnis, die gesamte Wohnung auszuräumen, neu zu möblieren und dann zu vermieten. So sollen sowohl die Mieten für die Zeit der Abwesenheit bezahlt als auch für besonders günstige Wohnungen gesorgt werden.

  • EO Gründerszene: Wenn Gründer ihr Sushi von nackten Frauenkörpern naschen…Nach einer großen Feier in LA, welche von der Entrepreneur’s Organisation ausgerichtet wurde, gibt es Online viel Kritik an dem Gründernetzwerk. Der Grund hierfür ist ein Foto von der Feier, auf welchem eine nackte Frau zu sehen ist, auf deren Körper Sushi serviert wird. Viele Gründerinnen sind empört über dieses Foto, da es ein überaus frauenfeindliches Bild auf das Gründernetzwerk EO wirft.

Die morgendlichen Lesetipps und weitere Linktipps am Tag können auch bequem via WhatsApp abonniert werden. Jeden Tag informiert dann Netzpiloten-Projektleiter Tobias Schwarz persönlich über die lesenswertesten Artikel des Tages. Um diesen Service zu abonnieren, schicke eine WhatsApp-Nachricht mit dem Inhalt arrival an die Nummer +4917622931261 (die Nummer bitte nicht verändern). Um die Nachrichten abzubestellen, einfach departure an die gleiche Nummer senden. Wir werden, neben dem Link zu unseren morgendlichen Lesetipps, nicht mehr als fünf weitere Lesetipps am Tag versenden.

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ShortRead: Wellcome Library veröffentlicht unter Creative Commons

CC (adapted) (Image by Kristina Alexanderson [CC BY-SA 2.0] via Flickr)

Die Wellcome Library veröffentlicht mehr als 100.000 Bilder von Manuskripten, Zeichnungen und Fotos aus der eigenen Sammlung unter einer Creative Commons-Lizenz. Die Wellcome Library, eine von Sir Henry Wellcome angefangene Sammlung zur Dokumentation der Geschichte der Medizin, die nach seinem Tode in eine Forschungsstiftung umgewandelt wurde, hat mehr als 100.000 hochaufgelöste Fotos ihrer historischen Sammlung unter der Creative Commons Namensnennung (CC BY) veröffentlicht. Das bedeutet, dass alle Bilder heruntergeladen und privat sowie kommerziell verwendet werden können, solange die Wellcome Library als Quelle angegeben ist. Simon Chaplin, Leiter der Wellcome Library, sagte dazu: „Die gesamte Kollektion ist eine riesige Dokumentation der menschlichen Kultur und des Versuchs, den Körper, Verstand und unsere Gesundheit durch Kunst und Beobachtung zu verstehen. Als starke Unterstützer von Open Access wollen wir sicher gehen, dass jeder sie ohne Restriktionen frei nutzen kann„.


Image (adapted) „CC“ by Kristina Alexanderson (CC BY-SA 2.0)


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#mehrwissen: Die Wissenschaft des Heavy Metal (Teil I)

The Absence (Metal Blade) (adapted) (Image by RTD Photography [CC BY SA 2,0], via flickr)

s Jahr 2014 hat begonnen und die besinnlichen Tage sind vorbei. Vielleicht hat der ein oder andere noch die Weihnachtslieder im Ohr, die er im trauten Kreis der Familie sang. Falls dieser ein oder andere einen Heavy Metal-Sänger zu seinen Verwandten zählt, hat er womöglich beim Singen seiner Gesundheit einen Gefallen getan, ohne es zu merken. Denn Heavy Metal senkt den Blutdruck, wie kürzlich durch eine Studie bekannt wurde. Doch das ist nicht die einzige wissenschaftliche Erkenntnis zu dieser Musikrichtung. Forscher unterschiedlichster Disziplinen befassen sich mit Heavy Metal, wie ich in dieser und der nächsten Ausgabe von #mehrwissen zeigen werde.

Vor wenigen Jahren noch war Hans-Joachim Trappe, Direktor der kardiologischen Klinik am Marienhospital Herne der Universität Bochum überzeugt, dass Heavy Metal, wenn überhaupt, einen negativen Einfluss auf die Gesundheit habe und aggressiv machen könne. Selbst Pflanzen litten unter der schwermetallenen Musik und gingen gar ein.

Auf einer Pressekonferenz anlässlich des 37. wissenschaftlichen Kongresses der Deutschen Hochdruckliga e.V. im Dezember stellte der Mediziner und ambitionierte Organist Hans-Joachim Trappe nun fest, dass insbesondere klassische Musik den Blutdruck und die Herzfrequenz senke. Doch auch Heavy Metal wirke sich günstiger aus als eine reine Ruhephase. Für die Studie verwendeten die Forscher um Trappe Musik der Band Disturbed.

 

Musik von Abba hingegen zeigte in der Studie mit 120 gesunden Teilnehmern beiderlei Geschlechts und verschiedenen Alters keinen Effekt. Trappe vermutet, dass die synthetische Erzeugung einer der Gründe dafür sein könnte. Er will künftig Musik vermehrt therapeutisch bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen einsetzen.

Um ordentliche Metalmusik zu machen, bedarf es – entgegen vieler Vorurteile – einem musikalischen Feingefühl, technischer Finesse und ausreichend Übung. Insbesondere der typische Gesang des Genres stellt sich als Herausforderung für den Sänger dar. Ob Growling (Knurren, Brummen), Grunting (Grunzen), Shouting oder Screaming: All diese Techniken werden dem gutturalen Gesang zugeordnet, also dem Kehlgesang, wobei Abstufungen zwischen der „Kehligkeit“ vom sehr kehligen Growling zum kaum kehligen Screaming bestehen. Bekannter Vertreter des Kehlgesangs ist übrigens das alpenländische Jodeln.

Wie das Knurren und Grunzen entsteht, haben Forscher aus Aachen, dem niederländischen Heerlen, Detmold und Limerick an sieben Death Metal-Sängern untersucht. Sie nutzten Fragebögen, aber auch elektroglottographische Messungen, mit denen sich das Verhalten des Kehlkopfs analysieren lässt. Außerdem schauten sie mit einem in den Hals eingeführten Laryngoskop direkt zu, wie die Metalsänger Laute erzeugten und werteten in einem Phonetogramm das Verhalten der Stimmen in Bezug auf Frequenz und Lautstärke aus.

Die Forscher fanden heraus, dass ihre Probanden zwei verschiedene Methoden zum growlen verwendeten: Einige benutzten die Taschenbänder des Kehlkopfs. Diese dienen in erster Linie dazu, die Luft anzuhalten oder sich zu räuspern und werden auch als falsche Stimmbänder bezeichnet. Andere setzten die aryepiglottische Falte, eine Schleimhautfalte im Rachen ein. Gleichzeitig schwangen beim Growling auch immer die Stimmbänder und zwar in einem festen ganzzahligen Verhältnis zu den Taschenbändern oder der aryepiglottischen Falte von 2:1, 3:1 oder 4:1.

Wer lernen will richtig zu grunzen oder zu knurren, der sollte sich professioneller Hilfe bedienen. Zwar konnten die Forscher der Death Metal-Studie keine Schäden bei ihren Probanden feststellen. Die äußerten jedoch, dass nach zweistündigem Growlen, Grunten, Shouten oder Screamen Abnutzungserscheinungen der Stimme aufträten.

Diese regenerierten sich zwar über Nacht. Um sich die Gesangsstimme nicht durch eine falsche Technik zu versauen, kann man aber zum Beispiel die Dienste von Thomas Fischer in Anspruch nehmen. Der Ex-Metal-Sänger und Biologe ist vermutlich der einzige Shout Coach in Deutschland.

Falls der ein oder andere also einen Heavy Metal-Sänger zu seinen Verwandten zählt und sich letztes Mal mit einem Weihnachtsgeschenk schwer tat: Ein Gutschein für eine Dreiviertel Stunde Grunzunterricht kostet etwa 45 Euro.


Image (adapted) “The Absence (metal blade)“ by RTD Photography (CC BY-SA 2.0)


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5 Lesetipps für den 3. Juli

In unseren Lesetipps geht es heute um viele kleine Vine-Videos, Blackberry’s verpasste Trendwende, einen Meilenstein in den Medizin, Yahoo’s neuesten Einkauf Qwiki und Apples‘ Deal mit Time Warner Cable. Ergänzungen erwünscht.

  • SOCIAL MEDIA Mashable: 11 Social Media Day Vine Videos that Celebrate Connections: Mit Twitters Vine lassen sich jede Menge kreative kleine Videos produzieren. Mashable hat 11 Vine-Videos gesammelt, die alle Konnektivität als Thema haben. Social Media mit einem Social Medium erklärt. Sehr schick anzuschauen.
  • BLACKBERRY Kroker’s Look @ IT: Eine Trendwende bei Blackberry ist in weite Ferne gerückt: Die neuen Blackberry-10-Geräte haben den Geschäftsverfall bei dem kanadischen Smartphone-Pionier nicht gestoppt. Das zeigen auch spezielle Indikatoren wie der durchschnittliche Wert je Kunde. Für Michael Kroker ist die Trendwende bei Blackberry in weite Ferne gerückt.
  • ZUKUNFT Futurezone.at: Arzt legt Plan für Kopf-Transplantation vor: Ein italienischer Neurowissenschaftler glaubt, dass es mit modernen Operationstechniken möglich ist, den Kopf eines Menschen auf einen Spenderkörper zu verpflanzen und zwar inklusive Anbindung an die Nerven im Rückgrat.
  • YAHOO Zeit Online: Yahoo kauft Videodienst Qwiki: Yahoo hat für mehr als 30 Millionen Euro den New Yorker Videospezialisten Qwiki gekauft, Qwiks iPhone-App erstellt Videos aus Fotos, Liedern und Videos von Nutzern. Der Dienst bleibt bestehen, die Funktionen sollen aber in Yahoos andere Dienste übernommen werden.
  • APPLE TV Bloomberg: Apple plant TV-Deal mit Time Warner Cable: Apple bastelt fleißig am Programm für Apple TV und steht laut Bloomberg kurz vor einem Deal mit Time Warner Cable. Die Inhalte des Kabeldienstanbieters sollen via Internet und Apple TV verbreitet werden, wodurch Apple sich eine Aufwertung seiner 99 Dollar teure Set-Top Box erhofft.

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