Chinesisches Gehirnimplantat mit japanischer Partnerschaft zeigt nach 18-monatiger Testphase eine Effizienz von 94 %
Bemerkenswerte Fortschritte wurden auf dem Gebiet der Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) der nächsten Generation erzielt, die das Ergebnis gemeinsamer Forschung zwischen Wissenschaftlern aus China und Japan sind. Die Arbeit gipfelte in der Entwicklung eines einzigartigen Implantats, das sich durch außergewöhnliche Flexibilität auszeichnet.
An Tieren durchgeführte Tests ergaben, dass diese neue Technologie auch nach einem Zeitraum von 18 Monaten ununterbrochener Nutzung eine Leistung von 94 % in Bezug auf die Betriebseffizienz beibehielt. Dieses Ergebnis gilt als außergewöhnlich für den Bereich der Neuroschnittstellen und garantiert Signalklarheit und einen langfristig stabilen Betrieb.
Die Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt in ihrer praktischen Anwendung dar. Studien in diesem Bereich stehen oft vor einem Haupthindernis: dem Unterschied in der Konsistenz zwischen herkömmlichen Elektroden, die aus Metallen wie Platin bestehen, und Gehirngewebe, das äußerst empfindlich ist.
Eine solche mechanische Ungleichheit verursacht häufig Reibung und Mikrobewegungen, die wiederum chronische Entzündungen und die Bildung von Narbengewebe auslösen. Diese Faktoren verschlechtern zunehmend die Qualität der erfassten Signale, was angesichts der Empfindlichkeit der Region und der Notwendigkeit, wiederholte chirurgische Eingriffe zu vermeiden, höchst unerwünscht ist.
Um diese Herausforderung zu meistern, entwarf das Forscherteam – zu dem Mitglieder der Tsinghua-Universität, der Universität Tokio und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gehören – eine vollständig organische Verbindung. Das Material erhielt den Namen „CHIP“, ein Akronym für „leitendes Hydrogel mit Grenzflächenperkolation“.
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Die Innovation befasst sich mit der Frage der Formbarkeit und löst gleichzeitig die mit Hydrogelen verbundenen Probleme. Obwohl diese Materialien wegen ihrer hohen Biokompatibilität geschätzt werden, weisen sie typischerweise eine unzureichende elektrische Leitfähigkeit und eine Neigung zur Flüssigkeitsaufnahme auf, was zu Schwellungen und Veränderungen in der Elektrodenstruktur führt. Die Wissenschaftler umgingen diese Einschränkungen, indem sie das Hydrogel auf einem ultradünnen Parylene-Substrat befestigten und es mittels hochpräziser Fotolithographie verarbeiteten, während sich das Material im trockenen Zustand befand.
Das resultierende Gerät verfügt über ein Gitter aus 128 Kanälen mit einer Mindestdicke von nur 9 Mikrometern, kleiner als eine menschliche Haarsträhne. Darüber hinaus erreicht seine elektrische Leitfähigkeit 2.512 S/cm und ermöglicht so die Erfassung selbst subtilster neuronaler Aktivitäten.
Die Resistenz des Systems wurde in Studien mit Kaninchen über 550 Tage bestätigt, einem Zeitraum, in dem die Tiere eine klare und konsistente neuronale Aktivität aufrechterhielten. Selbst unter starkem mechanischem Druck behielt das Bauteil seine elektrische Leistung bei, mit einer Leitfähigkeitsschwankung von weniger als 4 %.
Nachfolgende histologische Untersuchungen bestätigten, dass das Implantat die Reaktion auf Fremdkörper minimiert und keine schweren Entzündungen oder die Entstehung dicker Narben verursacht. Obwohl China bereits bemerkenswerte Fortschritte bei gelähmten Patienten erzielt hat, die BCIs zur Steuerung externer Geräte verwenden, warnen Forscher, dass es noch verfrüht sei, den Beginn von Versuchen am Menschen mit dieser neuen Technologie festzulegen.
