Ingenieure erfinden fortschrittliches Brain-Computer-Interface mit Mikronadeln

Forschungsingenieure an der University of California – San Diego haben ein fortschrittliches Brain-Computer-Interface (BCI) erfunden, das aus einer flexiblen und formbaren Rückseite sowie Mikronadeln besteht, die in die Hirnrinde eindringen. Die flexible Rückseite ermöglicht es dem BCI, sich besser an die komplexe, gekrümmte Oberfläche des Gehirns anzupassen. Es ermöglicht auch eine gleichmäßigere Verteilung der Mikronadeln, die in die Hirnrinde eindringen.

Mikronadeln und flexible Rückseite

Diese Mikronadeln sind zehn Mal dünner als menschliches Haar und kommen aus der flexiblen Rückseite. Sie dringen dann in die Oberfläche des Gehirngewebes ein, ohne die Oberflächenvenen zu durchbohren. Die Mikronadeln können Signale von Nervenzellen in der Hirnrinde aufzeichnen.
Das neue System wurde an Ratten getestet und die Forschungsergebnisse wurden im Journal Advanced Functional Materials veröffentlicht.
Das Team wurde von Professor Shadi Dayeh für Elektrotechnik an der Universität geleitet. Es bestand auch aus Forschern der Boston University unter der Leitung von Professor Anna Devor für Biomedizinische Technik.
Das System zeigte eine Leistung, die der bestehenden Goldstandard für BCIs mit eindringenden Nadeln entspricht. Dieser Standard, der als “Utah-Array” bezeichnet wird, hat sich als hilfreich für Menschen mit Rückenmarksverletzungen und Schlaganfallopfer erwiesen. Sie können ihre Gedanken nutzen, um robotische Gliedmaßen und andere Geräte zu steuern.
Die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des neuen BCI ermöglichen einen engeren Kontakt zwischen dem Gehirn und den Elektroden, was eine bessere und gleichmäßigere Aufzeichnung der Hirnaktivitätssignale ermöglicht. Die Art und Weise, wie das BCI konstruiert ist, ermöglicht größere Sensorenoberflächen, was es ermöglicht, eine größere Fläche der Gehirnoberfläche gleichzeitig zu überwachen.
In den Experimenten konnte das eindringende Mikronadelsystem, das aus 1.024 Mikronadeln bestand, erfolgreich Signale aufzeichnen, die durch präzise Reize aus den Gehirnen von Ratten ausgelöst wurden. Dies bedeutet, dass es zehn Mal die Fläche des Gehirns abdeckt im Vergleich zu aktuellen Technologien.
Die weich gerückten BCIs sind auch dünner und leichter als die traditionellen, die Glasmatten verwenden. Die neuen Arten von Rückseiten könnten die Reizung des Gehirngewebes, das mit dem Array der Sensoren in Kontakt kommt, verringern.
Die flexiblen Rückseiten sind auch transparent, was die Forscher sagen, dass es für grundlegende Neurowissenschaftsforschung mit Tiermodellen, die sonst unmöglich wären, genutzt werden könnte.

Roboterhände mit taktiler Rückmeldung

Die Forscher sagen, dass eindringende Mikronadelsysteme mit großer räumlicher Abdeckung in der Zukunft erforderlich sein werden, um BCIs zu verbessern und sie in “geschlossenen Systemen” zu ermöglichen. Dies könnte Menschen mit schwerer Bewegungseinschränkung helfen und taktiler Rückmeldung für jemanden, der eine Roboterhand verwendet, ermöglichen.
Taktile Sensoren auf der Roboterhand könnten die Textur, Härte und Gewicht eines Objekts spüren. Sie würden Informationen aufzeichnen, die in elektrische Stimulierungsmuster umgewandelt werden könnten, die durch Drahtverbindungen außerhalb des Körpers zum BCI gelangen. Das Gehirn würde Informationen direkt von diesen elektrischen Signalen über das Objekt erhalten, und die Person könnte dann ihren Griff basierend auf den gespürten Informationen anpassen.
Das Dayeh-Labor hat bereits verschiedene taktile Sensoren erfunden, die für diese Anwendungen verwendet werden könnten.