Technologie &
Entwicklung

 

Steile Lernkurve mit langem Lerneffekt

Akustisches Balancetraining

 
Die Hochschule Kempten beschäftigt sich in verschiedenen Forschungsprojekten intensiv mit d­i­gitalen Systemen in Pflege und Rehabilitation. Mit der medica Medizintechnik GmbH, der feo Elektronik GmbH und der Schön Klinik Bad Aibling arbeiteten Prof. Dr.-Ing. Petra Friedrich von der Fakultät Elektrotechnik und ihr wissenschaft­licher Mitarbeiter Dominik Fuchs an BalThaSAR – einem Projekt zur Optimierung des Balancetrainings für neurologische Patienten.

Interview: Melanie Grom | Fotos: Andrea Sommer
  

Frau Friedrich, was verbirgt sich hinter BalThaSAR?

Friedrich: Die Abkürzung steht für Balancetherapie mit automatisierter Sonifikation und Antriebs­technik für die Rehabilitation. BalThaSAR soll neurologisch geschädigte Personen bei der Wiederherstellung der reaktiven Balance und der Somatosensorik unterstützen. Es gibt bereits Trai­ningsmöglichkeiten für den Gleichgewichtssinn in einer sturzsicheren Umgebung. Die Grundidee die­ses Projektes war es nun aber, erstens einen Prototyp mit Motoren zu bauen, um das Balancetraining zu optimieren, und zweitens den Gleichgewichtssinn nicht nur mithilfe visueller Rückmeldung zu trai­nieren, sondern den Patienten rein akustisch zu führen. Der Patient befindet sich damit in einer möglichst freien Trainingsumgebung, in der der Therapeut zusätzlich die Möglichkeit hat, Störimpulse zu setzen. Wenn der Patient also einen gewissen Trainingsstand erreicht hat, bekommt er beispielsweise einen kleinen Schubs von hinten oder von der Seite und muss darauf reagieren.
   

Welchen Part hat die Hochschule in diesem Projekt übernommen?

Friedrich: Unser Anteil war das Thema Sonifikation: Die Entwicklung eines Sonifikationssystems inklusive akustischer Führung und geeigneter Trainingsspiele. Die Systemintegration aller Bauteile und Komponenten sowie die Steuerung hat dann medica übernommen.
 

Warum macht es Sinn, die Therapie des Gleichgewichts mit akustischen Reizen zu verbinden?

Fuchs: Bei einer Störung des Gleichgewichts ent­wickeln viele Patienten eine visuelle Abhängigkeit – sie suchen Fixpunkte, an denen sie sich orientieren können. Aber gerade in großen Menschenmengen, bei schnellen Bewegungen oder in der Dunkelheit gibt es diese Fixpunkte nicht. Deswegen ist es hilf­reich, die visuelle Abhängigkeit abzubauen.

Friedrich: Literatur und Vorarbeiten legen die Vermutung nahe, dass speziell für das Training des Gleichgewichts akustische Reize effektiver sind als visuelle. Das war die Hypothese, die wir aufgestellt hatten. Die Idee war: Man nehme dem Patienten sukzessive den Visus, sodass er nur noch akustisch geführt wird und trotzdem alltagsrelevante Einheiten trainiert. Die Körperbewegungen werden dann sonifiziert, also vertont, d. h. dem Patienten wird seine aktuelle Position wie auch die Zielposition akustisch vermittelt. Wird der Visus gezielt ausgeschaltet, übernehmen zwangsläufig auch das Gleichgewichtsorgan und die Körpereigenwahrnehmung wieder mehr Aufgaben für die Orientierung im Raum.
 

Wie wirksam ist denn das neue Trainingskonzept im Vergleich zu „herkömmlichem“ Balancetrai­ning, Herr Fuchs?

Fuchs: In Testreihen mit gesunden Probanden haben wir gesehen, dass bei einer rein visuellen Rückmeldung die Zielführung schnell erkannt und gelernt wird. Aber dann ändert sich am Lerneffekt kaum mehr etwas. Man lernt schnell, wird dann aber nicht mehr unbedingt besser. Außerdem gibt es den sogenannten Guidance-Effekt: Ein starkes Feedback wie das visuelle dominiert zum Beispiel auch die körpereigene Wahrnehmung, also die Pro­­priozeption. Entfällt dieses Feedback, können die Patienten häufig kaum mehr als vor dem Trai­ning. Das Auditive ist nicht so dominant und wird weitgehend parallel zum intrinsischen Feedback verarbeitet. Die Patienten sind zwar erst mal viel lang­samer, denn es ist anstrengender und schwie­riger zu lernen. Man muss die ganze Körpereigen­wahrnehmung miteinbeziehen. Aber es deutet vieles darauf hin, dass im Vergleich zum Training mit Visus die Lernkurve steiler ansteigt und der Lerneffekt länger anhält – also, dass das Training effektiver ist. Das gilt es jetzt noch in größeren Untersuchungen festzumachen.
 

Werden die Forschungsergebnisse in reale Produkte umgesetzt?

Friedrich: BalThaSAR war ein sehr schönes und fruchtbares Projekt. Der Vorteil war, dass wir wirk­lich ein neues Thema hatten und einen Prototyp entwickeln konnten. Was bei BalThaSAR noch fehlt, bevor man es zu einem Produkt entwickeln kann, sind unter anderem die klinischen Tests. Ohne diese Wirksamkeitsstudien gibt es keine Zulassung. Ob das Ganze in die Serienreife geht, ist Sache des Industriepartners.
 

Forschen Sie in diese Richtung weiter?

Friedrich: Es geht immer mehr in Richtung Digi­talisierung und Technik in der Pflege und Reha­bilitation. Das ist im Moment das Thema, das gewissermaßen durch die Decke geht. Und das betrifft auch uns. Wir an der Hochschule haben be­­schlossen, auch auf diesem Gebiet – also Balance­training und Gleichgewichtssinn – weiterzumachen und das auch weiterhin mit der Akustik zu kombinieren. Da gibt es auch noch ganz viele neue Fragen. Einerseits vom Therapeutischen her, andererseits vom Musikalisch-akustischen. Und na­tür­lich von der Umsetzung auch aus technischer Sicht.

Fuchs: Natürlich kann man die Software noch weiterentwickeln und wesentlich dynamischer und intelligenter machen, sodass sich die Patienten im besten Falle weder unter- noch überfordert fühlen und in einem Zustand trainieren, den man als „Flow“ bezeichnen kann. Vielleicht ergibt sich daraus ja eine weitere Zusammenarbeit mit medica.

Friedrich: Mein Anliegen in der Forschung ist es, Assistenzsysteme für die älter werdende Gesellschaft zu entwickeln, mit dem Ziel, möglichst lange in den eigenen vier Wänden leben zu können. Es gibt das Problem des Fachkräftemangels unter Therapeuten und gerade die alten Menschen können oft nicht mehrfach die Woche in eine Praxis kommen. Und das Credo in der Reha ist ja „Re­petition, Repetition, Repetition“, wie ich gelernt habe. Da macht es durchaus Sinn, dass man das Bewegungstraining auch und vor allem zu Hause macht. Im besten Fall unter therapeutischer Aufsicht oder über ein telemedizinisches Assistenzsystem, über das der Therapeut die Trainingseinhei­ten zusammenstellt, die dann auf das Trainingsgerät des Patienten zuhause hochgeladen werden. In Kombination mit IT, Entertainment und Smart Home-Technik wird in den kommenden Jahren noch viel auf dem Gebiet passieren. Im Projekt BalThaSAR ist dieser Aspekt noch nicht realisiert worden.
 

Inwiefern profitiert die Hochschule von dem Projekt?

Friedrich: Mir persönlich macht es sehr viel Spaß, interdisziplinär zu arbeiten und in die Breite zu gehen, das System als Ganzes im Blick zu haben. Für uns als Hochschule ist die Forschung an sich wichtig, die Methoden, die fachlichen Fragen und die Lösung derselben. Und natürlich ist es auch wesentlich, dass wir das in der Lehre einsetzen können – die Verbindung von Forschung und Lehre. Dadurch sind die Studierenden der höheren Semester wieder interessierter, ihre Abschlussarbeit hier an der Hochschule zu machen. Das ist anwendungsnah und industrienah. Wir hatten als Hochschule auch den Mehrwert, dass wir uns nach industriellen Entwicklungsprozessen richten mussten. Es gab alle zwei Wochen Telefonkonferenzen, es gab gemeinsame Laufwerke, auf die wir die Dokumente hochgeladen haben. Diese Dinge für uns bzw. für unsere Studierenden, die mit ihren Abschlussarbeiten an dem Projekt beteiligt waren, zu nutzen und sich an bestimmte Prozesse halten zu müssen, war sehr lehr- und hilfreich. Und das ist ja unser Kern – wir sind eine Hochschule für angewandte Wissenschaften – und dafür finde ich, sind solche Projekte unabdingbar.
 


Dominik Fuchs &
Petra Friedrich

Dominik Fuchs machte 2015 den Abschluss Master of Arts in Musiktherapie an der SRH Hochschule Heidelberg. Danach arbeitete er bei der Arbei­ter­wohlfahrt (AWO) Rhein Neckar, bevor er im November 2016 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an die Hochschule Kempten wechselte. Im Juli 2018 begann Fuchs offiziell seine Promotion zum Dr. rer. biol. hum. in Kooperation mit der Ludwig-Maximilians-Universität München. Das Promotionsprojekt baut thematisch auf ein Gemeinschaftsprojekt mit der medica Medizin­technik GmbH auf und wird von der Firma mit Equipment unterstützt. 

Prof. Dr.-Ing. Petra Friedrich schloss 1991 ihr Studium der Elektrotechnik, Fach­richtung Nachrichtentechnik, an der RWTH Aachen ab. In den folgenden 13 Jahren war die Ingenieurin in verschiedenen Positionen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnik bei der Siemens AG in München tätig. Von Ende 2004 bis August 2011 arbeitete sie als wissenschaftliche Assistentin und promovierte am Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik der Technischen Universität München. Im September 2011 folgte Dr. Friedrich dem Ruf an die Hochschule Kempten, Fakultät Elektrotechnik. Aktuell ist sie Leiterin des AAL Living Lab und CoKeTT Zentrums in Kempten sowie Vorsitzende des VDE Südbayern e. V.