Forscherteam der Universität Bremen entwickelt kabelloses Neuroimplantat zur Nachnutzung

Die Hirnforschung macht große Fortschritte bei der Entschlüsselung der elektronischen Aktivität der Zellen. Weltweit forschen viele Gruppen mit Hochdruck daran, miniaturisierte Messsysteme zu entwickeln, die implantiert werden können. Die Erforschung der elektrischen Aktivität des Gehirns bei Arm- und Handbewegungen hat zum Beispiel inzwischen beeindruckende Ergebnisse hervorgebracht. So wurde es bei gelähmten Menschen möglich, aus deren Hirnaktivität die gewünschten Handbewegungen zu extrahieren und damit Roboterarme in Echtzeit zu steuern, so dass sich die Patienten selbständig mit Nahrung versorgen konnten. Diese Versuche zeigen, dass in Zukunft neuroprothetische Hilfssysteme die Lebensqualität von schwerbehinderten Menschen verbessern können. Zugang zu bereits entwickelten Komponenten und Messsystemen gab es allerdings bislang nicht, so dass jedes Team von Grund auf ein eigenes System für seine Forschungszwecke entwickeln muss.

Basissystem jetzt frei zugänglich

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Zentrum für Kognitionswissenschaften und dem Microsystems Center der Universität Bremen wollen das jetzt ändern. Sie haben erstmals ein frei zugängliches Basissystem für ein vollständig kabelloses Neuroimplantat für neuroprothetische Anwendungen in dem Open Access Journal „MDPI Sensors“ vorgestellt. Das Multidisciplinary Digital Publishing Institute mit Sitz in Basel gibt diese international führende Fachzeitschrift zur Wissenschaft und Technik von Sensoren und Biosensoren heraus. In ihrem Artikel „Implications for a Wireless, External Device System to Study Electrocorticography“ werden alle Design-Unterlagen als Open Source Hardware öffentlich zur Verfügung gestellt. Das System besteht vollständig aus Komponenten, die man problemlos am Markt kaufen kann, und erlaubt es somit jedem interessierten Wissenschaftler, sich auf dieser Basis ein eigenes Neuroimplantat zu entwickeln. Insbesondere ermöglicht es anderen Forschenden auf diesem System aufzubauen und ihre eigenen Verbesserungen und Weiterentwicklungen einfließen zu lassen.

Hohe Anforderungen an Messsysteme

Warum findet diese Technologie ihre Anwendung bisher nur in vereinzelten Versuchen und ist noch nicht im medizinischen Alltag angekommen? Ein großes Problem liegt in der Erfassung der dafür notwendigen Hirnaktivitäten. Zwar ist es möglich, diese auf der Kopfhaut zu messen, aber die Qualität ist dadurch massiv eingeschränkt. Um einen Roboterarm detailliert und in Echtzeit zu steuern, benötigt man eine besonders gute Signalqualität. Damit dies erreicht werden kann, müssen die Aktivitäten der Nervenzellen direkt am Gehirn erfasst werden. Nicht nur muss man hierfür den Schädel mit einem neurochirurgisch Eingriff öffnen um dort das dazu notwendige Messsystem zu installieren, vielmehr müssen diese Systeme dort auch für viele Jahrzehnte verbleiben können und dürfen nicht den Körper des Nutzers schädigen. Es dürfen keine Öffnungen verbleiben, die zu Infektionen führen können, ferner muss das System vor den aggressiven Körperflüssigkeiten geschützt werden. Die Entwicklung eines solchen stark miniaturisierten Messsystems mit der notwendigen Langzeitstabilität ist eine Herausforderung, welche die Forschung bisher noch nicht gemeistert hat. Die Bremer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen mit ihren Forschungsergebnissen diese Entwicklung vorantreiben.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Zentrum für Kognitionswissenschaften
Dr. David Rotermund
Tel.: 0421 218 62003
E-Mail: davrot@neuro.uni-bremen.de

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