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Ein sehr kleines Implantat kann Gehirnsignale lesen und übertragen
Durch die Verwendung von Licht statt elektrischer Verbindungen kann das Implantat tief im Gehirn wirken, ohne Gewebe zu schädigen oder Immunreaktionen auszulösen.
Ein Gehirnimplantat, das kleiner als ein Salzkorn ist, kann neuronale Aktivitäten mehr als ein Jahr lang drahtlos aufzeichnen und übertragen, was einen wichtigen Fortschritt in der Forschung zur Langzeitüberwachung des Gehirns darstellt.Das von Forschern der Cornell University entwickelte Gerät wird als mikroskalige optoelektronische tetherlose Elektrode (MOTE) bezeichnet.Es ermöglicht die kontinuierliche Verfolgung von Gehirnsignalen ohne Kabel oder sperrige Geräte.
Es arbeitet mit harmlosen Infrarot-Laserstrahlen, die das Gehirngewebe durchdringen und den Schaltkreis mit Strom versorgen.Die gleiche Lichtenergie wird auch verwendet, um Daten über winzige Infrarotlichtimpulse zurückzusenden, die elektrische Signale von Neuronen kodieren.Durch dieses Design kann das Gerät im Gehirn ohne Batterien oder Kabel funktionieren, wodurch Störungen des Gewebes reduziert werden.
Die aus Aluminiumgalliumarsenid gefertigte Halbleiterdiode des Implantats fängt Licht zur Energiegewinnung ein und gibt es zur Kommunikation ab.Es verfügt außerdem über einen rauscharmen Verstärker und einen optischen Encoder, die auf Standard-Mikrochip-Technologie basieren und eine präzise Signalaufzeichnung bei minimalem Energieverbrauch ermöglichen.
Das Gerät wird zunächst in Zellkulturen getestet und später in Mäuse implantiert. Es zielt auf die Gehirnregion ab, die für die Verarbeitung sensorischer Eingaben von Schnurrhaaren verantwortlich ist.Über ein Jahr hinweg werden kontinuierlich sowohl Neuronenspitzen als auch breitere synaptische Signale aufgezeichnet, während die Tiere gesund bleiben.Durch die geringe Größe und den kabellosen Betrieb sollen Reizungen durch größere Elektroden oder optische Fasern vermieden werden, die Immunreaktionen im Gehirngewebe auslösen können.
Das Design des MOTE unterstützt möglicherweise auch die Datenerfassung während MRT-Scans, was mit herkömmlichen Implantaten nicht möglich ist.Forscher planen, das System für Rückenmarksstudien und die kontinuierliche neuronale Überwachung mithilfe künstlicher Schädelplatten anzupassen.Die vollständige Studie erscheint in Nature Electronics und verdeutlicht den Fortschritt hin zu langfristigen, minimalinvasiven Gehirn-Maschine-Schnittstellen.