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 flexible Rückseite ermöglicht es dem BCI, sich besser an die komplexe, gekrümmte Oberfläche des Gehirns anzupassen. Sie ermöglicht es auch, Mikronadeln gleichmäßiger zu verteilen, die den Cortex durchdringen.

Mikronadeln und flexible Rückseite

Diese Mikronadeln sind zehn Mal dünner als menschliches Haar und kommen aus der flexiblen Rückseite. Sie durchdringen dann die Oberfläche des Gehirngewebes, ohne die Oberflächenvenen zu durchbohren. Die Mikronadeln können Signale von Nervenzellen im Cortex aufzeichnen.

Das neue System wurde an Ratten getestet und die Forschung wurde im Journal Advanced Functional Materials veröffentlicht.

Das Team wurde von dem Elektroingenieur-Professor Shadi Dayeh an der Universität geleitet. Es bestand auch aus Forschern der Boston University unter der Leitung von Anna Devor, Professorin für Biomedizinische Ingenieurwissenschaften.

Das System zeigte eine Leistung, die mit dem aktuellen Goldstandard für BCIs mit durchdringenden Nadeln vergleichbar ist. Dieser Standard, der als “Utah-Array” bezeichnet wird, hat sich als hilfreich für Menschen mit Rückenmarksverletzungen und Schlaganfallopfern 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 zu einer besseren und gleichmäßigeren Aufzeichnung der Hirnaktivitätssignale führt. Die Art und Weise, wie das BCI konstruiert ist, ermöglicht größere Sensing-Oberflächen, was es ermöglicht, eine größere Fläche der Gehirnoberfläche gleichzeitig zu überwachen.

In den Experimenten konnte das durchdringende Mikronadel-Array, 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 Glasrückseiten verwenden. Die neuen Arten von Rückseiten könnten die Reizung des Gehirngewebes, das mit dem Array von Sensoren in Kontakt kommt, verringern.

Die flexiblen Rückseiten sind auch transparent, was die Forscher sagen, dass es für grundlegende Neurowissenschaftsforschung mit Tiermodellen genutzt werden könnte, die sonst unmöglich wären.

Roboterhände mit taktiler Rückmeldung

Die Forscher sagen, dass durchdringende Mikronadel-Arrays 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 taktilen Feedback für jemanden ermöglichen, der eine Roboterhand verwendet.

Taktile Sensoren auf der Roboterhand könnten die Textur, Härte und Gewicht eines Objekts spüren. Sie würden Informationen aufzeichnen, die in elektrische Stimulationsmuster umgewandelt werden könnten, die durch Drähte außerhalb des Körpers zum BCI gelangen. Das Gehirn würde Informationen direkt aus 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 genutzt werden könnten.