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Dieses neuronale Implantat steuert Gehirnzellen über eine App
Gerd Altmann and Pexels - both from Pixabay. Photo edit by Andrea Steffen

Dieses neuronale Implantat steuert Gehirnzellen über eine App

Das Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) unter der Leitung von Professor Jae-Woong Jeong erfand ein vollständig implantierbares, weiches optoelektronisches System für ein Gehirnimplantat. Es kann über eine Smartphone-App ferngesteuert und selektiv bedient werden und wird drahtlos von außerhalb des Körpers aufgeladen.

KAIST-Forscher und Co-Autor Choong Yeon Kim, der auch Professor für Physiologie am College of Medicine der Yonsei-Universität ist, sagte:

Dieses Gerät kann überall und jederzeit betrieben werden, um neuronale Schaltkreise zu manipulieren, was es zu einem sehr vielseitigen Werkzeug für die Untersuchung von Gehirnfunktionen macht.

Um das Ganze abzurunden, ermöglicht die Implantat-Smartphone-Steuerungsfunktion eine Gehirnmanipulation in Echtzeit und macht Haltegurte oder sperrige Geräte überflüssig.

Co-Autor Professor Jae-Woong Jeong, der ebenfalls am KAIST forscht, sagte:

Dieses leistungsstarke Gerät macht zusätzliche schmerzhafte Operationen zum Austausch einer erschöpften Batterie im Implantat überflüssig und ermöglicht eine nahtlose chronische Neuromodulation.

In der Pressemitteilung wird das Gerät wie folgt beschrieben:

Das Gerät besteht aus ultra-weichen und bio-konformen Polymeren, um eine langfristige Kompatibilität mit Gewebe zu gewährleisten. Ausgestattet mit mikrometergroßen LEDs (entspricht der Größe eines Salzkorns), die auf ultradünnen Sonden (der Dicke eines menschlichen Haares) montiert sind, kann es Zielneuronen im Tiefenhirn drahtlos mit Licht manipulieren.

Um das kabellose Aufladen und Steuern von Batterien zu ermöglichen, entwickelten die Forscher einen winzigen Schaltkreis, der einen kabellosen Energiesammler mit einer Spulenantenne und einem Bluetooth-Low-Energy-Chip integriert. Ein magnetisches Wechselfeld kann harmlos durch das Gewebe dringen und im Inneren des Geräts Strom erzeugen, um die Batterie zu laden. Dann liefert das batteriebetriebene Bluetooth-Implantat programmierbare Lichtmuster an die Gehirnzellen, die über eine einfach zu bedienende“ Smartphone-App in Echtzeit gesteuert werden können.

Darüber hinaus hilft die kabellose Ladetechnologie, Stress und Entzündungen bei den Tieren während der Experimente zu minimieren, da sie sich frei bewegen können, wie sie es normalerweise tun würden.

Min Jeong Ku, ein weiterer Co-Leitautor und Forscher am College of Medicine der Yonsei University sagt:

Das kabellose Aufladen der Batterien macht experimentelle Abläufe viel weniger kompliziert.

Bei diesem speziellen Test injizierten die Wissenschaftler Ratten mit Kokain Implantaten. Dann blockierten sie kokain-assoziierte Verhaltensweisen bei den Tieren sofort von der App.

Professor Kim sagte:

,,Die Tatsache, dass wir ein bestimmtes Verhalten von Tieren kontrollieren können, indem wir eine Lichtstimulation in das Gehirn geben, nur mit einer einfachen Manipulation der Smartphone-App, während wir frei sich bewegende Tiere in der Nähe beobachten, ist faszinierend und regt viel Phantasie an. Diese Technologie wird verschiedene Wege der Hirnforschung erleichtern.

Aber die Fähigkeiten des Implantats sind nicht auf das Gehirn beschränkt! Die Forscher glauben, dass die Technologie zu therapeutischen Eingriffen führen kann, um Krankheiten auch in anderen Organen zu behandeln.

Jeong sagte:

Wir glauben, dass dieselbe Basistechnologie auf verschiedene Arten von Implantaten angewandt werden kann, darunter tiefe Hirnstimulatoren sowie Herz- und Magenschrittmacher, um die Belastung der Patienten für den langfristigen Einsatz im Körper zu reduzieren.

Das Team stellt sich vor, dass diese Technologie zur Aufdeckung und Behandlung von psychiatrischen Störungen (wie Depression und Sucht), neurodegenerativen Erkrankungen (wie Parkinson) und vielem mehr eingesetzt werden kann. Die Liste der möglichen Anwendungen ist lang.