Neuer Ansatz könnte zu gedankenkontrollierten elektronischen Prothesen führen

Aktuelle neuronale Implantate sind in der Lage, massive Mengen an neuronaler Aktivität aufzuzeichnen, die dann über Kabel an einen Computer übertragen werden. Forscher haben versucht, drahtlose Brain-Computer-Interfaces zu entwickeln, um diese Aktion abzuschließen, aber das erfordert eine große Menge an Energie. Aufgrund dieser hohen Energiemenge wird zu viel Wärme erzeugt, was die Implantate für Patienten unsicher macht. 

Jetzt soll eine neue Studie aus Stanford dieses Problem lösen. Forscher an der Universität arbeiten ständig an Technologien, die es Patienten mit Lähmungen ermöglichen könnten, wieder die Kontrolle über ihre Gliedmaßen zu erlangen. Insbesondere zielen sie darauf ab, Technologien zu entwickeln, die es diesen Patienten ermöglichen, Prothesen und Computer mit ihren Gedanken zu steuern. 

Brain-Computer-Interface

Um dies zu erreichen, hat das Team sich auf die Verbesserung eines Brain-Computer-Interfaces konzentriert, das ein Gerät ist, das auf der Oberfläche des Gehirns eines Patienten implantiert wird, direkt unter dem Schädel. Das Implantat verbindet das menschliche Nervensystem mit einem elektronischen Gerät, das dazu beitragen kann, die Motorikontrolle bei einem Menschen wiederherzustellen, der eine Verletzung des Rückenmarks oder eine neurologische Erkrankung erlitten hat.

Aktuelle Geräte zeichnen große Mengen an neuronaler Aktivität auf und übertragen sie über Kabel an einen Computer, und wenn Forscher versuchen, drahtlose Brain-Computer-Interfaces zu erstellen, wird zu viel Wärme erzeugt. 

Das Team aus Elektroingenieuren und Neurowissenschaftlern, darunter Krishna Shenoy, PhD, und Boris Murmann, PhD, und Neurochirurg und Neurowissenschaftler Jaimie Henderson, MD, haben eine mögliche Lösung für ein drahtloses Gerät demonstriert, das in der Lage ist, genaue neuronale Signale aufzunehmen und zu übertragen, während es nur ein Zehntel der Energie benötigt, die von aktuellen Systemen erforderlich ist. 

Die vorgeschlagenen drahtlosen Geräte würden natürlicher erscheinen als diejenigen mit Kabeln, und Patienten hätten eine größere Bewegungsfreiheit.

Der Ansatz wurde von dem Doktoranden Nir Even-Chen und dem Postdoktoranden Dante Muratore, PhD, in einem Paper erläutert, das in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde. 

Isolierung neuronaler Signale

Die Neurowissenschaftler konnten spezifische neuronale Signale identifizieren, die erforderlich waren, um ein Prothesegerät zu steuern. Das Gerät könnte alles von einem Roboterarm bis hin zu einem Computer-Cursor umfassen. 

Die Elektroingenieure erstellten dann die Schaltung, die zu einem drahtlosen Brain-Computer-Interface führen würde, das in der Lage ist, die identifizierten neuronalen Signale zu verarbeiten und zu übertragen. Durch die Isolierung der Signale wurde weniger Energie benötigt, was die Geräte sicher für die Implantation auf der Oberfläche des Gehirns machte.

Das Team testete seinen Ansatz, indem es gesammelte neuronale Daten von drei nicht-menschlichen Primaten und einem menschlichen Teilnehmer verwendete. Im klinischen Versuch führten die Teilnehmer Bewegungsaufgaben wie das Positionieren eines Cursors auf einem Computerbildschirm aus. Sie nahmen dann Messungen auf, und das Team konnte feststellen, dass durch die Aufzeichnung eines Teils der aktionspezifischen Hirnsignale die Bewegung eines Individuums durch ein drahtloses Interface gesteuert werden konnte. 

Der Hauptunterschied zwischen diesem Gerät und dem verkabelten Gerät ist die Isolierung, wobei das verkabelte Gerät Hirnsignale in großen Mengen aufzeichnet. 

Das Team der Forscher wird nun ein Implantat basierend auf dem neuen Ansatz und Design konstruieren.