Neues zur Biomechanik der Augenlider
Eine aktuelle Studie von Forschern der University of California, Los Angeles (UCLA) zeigt, dass die Bewegung des Augenlids wesentlich komplexer ist und vom Nervensystem präziser gesteuert wird als bisher angenommen. Diese Entdeckung könnte zur Entwicklung von Prothesen führen, die die Augenlidfunktion nach einer Gesichtslähmung wiederherstellen.
Ein Team aus Biomechanikern und Augenärzten der UCLA hat neue Details über den Muskel entdeckt, der den Lidschlag steuert, und damit einen Weg zur Entwicklung von Prothesen zur Unterstützung des Blinzelns aufgezeigt. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie ergab, dass sich der Orbicularis oculi – der Muskel, der die Bewegung der Augenlider steuert – in komplexen Mustern zusammenzieht, die je nach Aktion variieren und das Augenlid nicht nur in einer einfachen Auf- und Abbewegung bewegen.
„Die Bewegung des Augenlids ist komplexer und wird vom Nervensystem präziser gesteuert als bisher angenommen“, sagte der korrespondierende Autor der Studie, Tyler Clites, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UCLA Samueli School of Engineering. „Verschiedene Teile des Muskels werden in sorgfältig abgestimmten Abfolgen aktiviert, je nachdem, was das Auge gerade tut. Dieses Maß an Muskelkontrolle wurde beim menschlichen Augenlid noch nie zuvor beobachtet. Jetzt, da wir über diese detaillierten Informationen verfügen, können wir bei der Entwicklung von Neuroprothesen vorankommen, die dabei helfen, die natürliche Funktion des Augenlids wiederherzustellen.“
In Experimenten mit Freiwilligen untersuchten die Forscher fünf verschiedene Arten des Augenschließens:
- Spontanes Blinzeln: Ein automatisches, unbewusstes Blinzeln, das regelmäßig auftritt, um das Auge feucht zu halten.
- Freiwilliges Blinzeln: Ein absichtliches Blinzeln, beispielsweise wenn jemand aufgefordert wird, auf Kommando zu blinzeln.
- Reflexives Blinzeln: Ein schnelles, unwillkürliches Blinzeln, das ausgelöst wird, um das Auge vor einer Verletzung zu schützen.
- Sanftes Schließen: Ein sanftes, langsames Herabsenken der Augenlider, ähnlich wie zu Beginn des Schlafes.
- Erzwungenes Schließen: Ein bewusstes, festes Zusammenpressen der Augenlider.
Um die Aktivität im Orbicularis oculi mit hoher Präzision aufzuzeichnen, führte ein Augenchirurg winzige Drahtelektroden in das Augenlid ein. Anschließend verwendeten die Forscher ein Motion-Capture-System, um die Augenlidbewegung in Ultra-Zeitlupe zu verfolgen. Mit diesen Hilfsmitteln konnte das Team subtile Unterschiede in der Augenlidbewegung messen, darunter Geschwindigkeit, Richtung und welcher Teil des Muskels die Bewegung auslöste.
Muskelaktivierung und Bewegungsmuster im Zeitverlauf über die oberen und unteren Augenlider hinweg, dargestellt während verschiedener Aktionen. Bild. Anatomical Engineering Group/UCLA
„Menschen können aufgrund eines Schlaganfalls, eines Tumors, einer Infektion oder einer Verletzung die Fähigkeit zum Blinzeln verlieren. Dieser Zustand ist kurzfristig schmerzhaft und kann die Augen so stark schädigen, dass es zu einem Verlust der Sehkraft kommt“, sagte der Mitautor der Studie, Dr. Daniel Rootman, außerordentlicher Professor für Augenheilkunde an der David Geffen School of Medicine der UCLA und Direktor des UCLA Orbital Disease Center. „Wir wissen, dass ein kleiner elektrischer Impuls den Orbicularis oculi-Muskel zur Bewegung anregen kann, aber es war bisher schwierig, einen Impuls zu entwickeln, der gut funktioniert. Was wir jetzt haben, ist ein guter Fahrplan für ein solches Gerät, einschließlich der genauen Platzierung der Elektroden, der zeitlichen Abstimmung und der Stärke des Impulses. Diese Richtlinien könnten dazu beitragen, den Weg für die Entwicklung und klinische Erprobung eines solchen Geräts zu ebnen, mit dem Ziel, Patienten echte Linderung zu verschaffen.“
Mit diesem grundlegenden Wissen über die Biomechanik der Augenlider können die Forscher nun daran arbeiten, einen Prototyp einer Neuroprothese zu verfeinern, die Menschen beim Blinzeln unterstützt.
„Das Verständnis der Funktionsweise des Augenlids ist entscheidend für die Entwicklung eines präzisen Stimulationsmusters für eine Prothese sowie für diagnostische Zwecke“, sagte der Erstautor der Studie, Jinyoung Kim, Doktorand im Fach Maschinenbau an der UCLA und Mitglied der Forschungsgruppe von Clites, der Anatomical Engineering Group an der UCLA. „Wir sind mehr als begeistert, diese Lücke zu schließen und mit Patienten mit Gesichtslähmung zusammenzuarbeiten, um ihr Leben zu verbessern.“
J. Kim,A. Shirriff, J.N. Cornwell, M.P.Q. Mutis, E. Delis, S. Wang,D.B. Rootman, & T.R. Clites, Human eyelid behavior is driven by segmental neural control of the orbicularis oculi, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (32) e2508058122, https://doi.org/10.1073/pnas.2508058122 (2025).
Quelle: UCLA