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Injizierbares implantierbares Gehirn

CLUSTER: Menschliche Fortentwicklung
Technologiereifegrad
Laborumgebung 4/9
Ein Verfahren zur Injektion eines neuronalen Implantats zur Stimulation einzelner Neuronen, um die Gehirnaktivität zu steuern und das Reaktionsverhalten zu messen.
Ähnlich wie bei der Implantation von Mikrochips beginnt die Herstellung mit einer auflösbaren Schicht, die auf einem biokompatiblen, nanoskaligen Polymernetz-Substrat aufgebracht wird und an der eingebettete Nanodrähte, Transistoren und andere mikroelektronische Bauteile befestigt werden. Das ultraflexible Netz wird in eine Spritze aufgesaugt und anschließend in das Hirngewebe injiziert. Um eine drahtlose Signalübertragung zu erreichen, übertragen injizierbare, magnetoelektrische Nanoelektroden elektrische Signale an das Gehirn. Auf diese Weise können einzelne Neuronen gezielt stimuliert werden.

Implantierte Hirnschnittstellen werden zu neuen Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten wie neurodegenerative Störungen oder Lähmungen führen. Diese Technologie ist eine bedeutende Hoffnung für die Behandlung von Parkinson, einer neurologischen Erkrankung, bei der eine Gruppe von Neuronen in einem Bereich des Gehirns abzusterben beginnt, was zu unkontrollierbarem Zittern und Schütteln führt. Durch das Senden von gezielten elektrischen Stößen in diesem Bereich könnten die lebenden Neuronen möglicherweise wieder zur Aktivität angeregt und die Symptome der Parkinson-Krankheit aufgehalten werden. Andere, potenzielle biomedizinische Anwendungen oder therapeutische Anwendungsfälle umfassen die Alzheimer-Krankheit, Epilepsie, traumatische Hirnverletzungen und andere neurologische bzw. neurologisch bedingte Erkrankungen sowie Kognitions-, Gedächtnis- und sensomotorische Störungen.

Mit einer einfachen Injektion können bestimmte Hirnregionen auf eine weitaus weniger invasive Art und Weise angesprochen werden, als mit den bisherigen Methoden der Tiefen Hirnstimulation (THS). Bei dieser Methode bleiben jedoch Bedenken hinsichtlich der Sicherheit bestehen.

Zukunftsperspektiven


Die Verabreichung von Implantaten, über neuromorphe Netze, öffnet den Weg für neue Forschungsfelder wie die Koinjektion von Elektronik, Zellen und Mesh-Elektronik als Gerüst für Gewebewachstum im Bereich der regenerativen Medizin.

Forscher:innen untersuchen auch die Umsetzbarkeit der Implantation von Mesh-Elektronik in andere Gewebe und Organe, wie z. B. im Rückenmark, im Muskel und im Auge für die In-Vivo-Aufzeichnung einzelner retinaler Ganglienzellen. Diese Methoden haben auch potenzielle Anwendungen in der Umkehrung oder Kontrolle der Alterung, in Gehirn-Maschine-Schnittstellen und sogar bei Cyborg-Tieren. Darüber hinaus könnte es in der Zukunft möglich sein, die Notwendigkeit von Injektionen zu vermeiden, da sich das Feld der Optogenetik weiterentwickelt. Wissenschaftler:innen erforschen dabei, wie Licht verwendet werden kann, um neuronale Schaltkreise tief im lebenden Hirngewebe zu steuern ohne die Notwendigkeit einer Operation.

*Foto/Illustration: © andreiuc88 / stock.adobe.com*
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Menschliche Fortentwicklung
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SDG 03.
Gesundheit und Wohlergehen