Graphen kann Ihr Gehirn flüstern hören
@GrapheneAgenda
Das Wissen über das menschliche Gehirn wächst ständig, aber viele Fragen bleiben unbeantwortet. Forscher verwenden seit Jahrzehnten Elektroden-Arrays, um die elektrische Aktivität des Gehirns aufzuzeichnen. Sie kartieren die Aktivität in verschiedenen Gehirnregionen, um zu verstehen, wie es aussieht, wenn alles funktioniert, und was passiert, wenn es nicht funktioniert.
Bisher konnten diese Arrays jedoch nur Aktivitäten oberhalb einer bestimmten Frequenzschwelle erfassen. Eine neue Technologie, die vom Graphene Flagship entwickelt wurde, überwindet diese technische Einschränkung und erschließt die Fülle an Informationen, die unterhalb von 0,1 Hz zu finden sind, und ebnet gleichzeitig den Weg für zukünftige Gehirn-Computer-Schnittstellen.
Das neue Gerät wurde dank der Zusammenarbeit von drei Graphene Flagship-Partnern (IMB-CNM, ICN2 und ICFO) entwickelt und zusammen mit biomedizinischen Experten von IDIBAPS für Gehirnaufzeichnungen angepasst. Diese neue Technologie entfernt sich von Elektroden und verwendet eine innovative transistorbasierte Architektur, die die Signale des Gehirns an Ort und Stelle verstärkt, bevor sie an einen Empfänger übertragen werden.
Die Verwendung von Graphen zum Aufbau dieser neuen Architektur bedeutet, dass das resultierende Implantat viel mehr Aufzeichnungsstellen unterstützen kann als ein Standard-Elektroden-Array. Es ist schlank und flexibel genug, um über große Bereiche der Hirnrinde eingesetzt zu werden, ohne abgestoßen zu werden oder die normale Hirnfunktion zu beeinträchtigen. Das Ergebnis ist eine noch nie dagewesene Kartierung der niederfrequenten Hirnaktivität, von der bekannt ist, dass sie entscheidende Informationen über verschiedene Ereignisse enthält, wie z. B. den Beginn und das Fortschreiten von epileptischen Anfällen und Schlaganfällen.
Für Neurologen bedeutet dies, dass sie endlich Zugang zu einigen Indizien haben, die unsere Gehirne nur flüstern. Diese bahnbrechende Technologie könnte die Art und Weise verändern, wie wir die elektrische Aktivität des Gehirns aufzeichnen und betrachten. Zukünftige Anwendungen werden nie dagewesene Einblicke darüber geben, wo und wie Anfälle beginnen und enden, was neue Ansätze für die Diagnose und Behandlung von Epilepsie ermöglicht.
"Über Epilepsie hinaus hat diese präzise Kartierung und Interaktion mit dem Gehirn weitere spannende Anwendungen", erklärt José Antonio Garrido, einer der Leiter der Studie, der beim Graphene Flagship Partner ICN2 arbeitet.
"Im Gegensatz zu den üblichen passiven Standardelektroden wird unsere aktive Graphen-basierte Transistortechnologie die Umsetzung neuartiger Multiplexing-Strategien fördern, die die Anzahl der Aufnahmestellen im Gehirn drastisch erhöhen können, was zur Entwicklung einer neuen Generation von Gehirn-Computer-Schnittstellen führt."
Unter Ausnutzung des "Multiplexing" kann diese Graphen-basierte Technologie von einigen der gleichen Forscher auch zur Wiederherstellung von Sprache und Kommunikation eingesetzt werden. ICN2 hat sich diese Technologie durch ein Patent gesichert, das die Verwendung von Graphen-basierten Transistoren zur Messung niederfrequenter neuronaler Signale schützt.
"Diese Arbeit ist ein Paradebeispiel dafür, wie eine flexible, Graphen-basierte Transistor-Array-Technologie Fähigkeiten bieten kann, die über das hinausgehen, was heute erreichbar ist, und enorme Möglichkeiten für das Lesen bei unerforschten Frequenzen der neurologischen Aktivität eröffnen", so Kostas Kostarelos, Leiter der Abteilung Gesundheit, Medizin und Sensoren des Graphen-Flaggschiffs.
Andrea C. Ferrari, Wissenschafts- und Technologiebeauftragter des Graphen-Flaggschiffs und Vorsitzender des Management-Panels, fügte hinzu, dass:
"Graphen und verwandte Materialien große Möglichkeiten für biomedizinische Anwendungen bieten. Das Graphene Flagship hat dies erkannt und ein eigenes Arbeitspaket finanziert. Die Ergebnisse dieser Studie sind ein klarer Beweis dafür, dass Graphen einen noch nie dagewesenen Fortschritt bei der Untersuchung von Gehirnprozessen bringen kann."
Diese neue Technologie wird eine der Hauptattraktionen des Graphene-Pavillons auf dem kommenden Mobile World Congress in Barcelona (25.-28. Februar 2019) sein.
Die Ausstellung wird die neuesten Innovationen zu Graphen und verwandten Materialien zeigen, die durch das Graphene Flagship ermöglicht wurden, eine der größten Forschungsinitiativen, die jemals von der Europäischen Kommission finanziert wurden.
Neben Anwendungen im Bereich Gesundheit und medizinische Geräte wird der Pavillon mit neuen Prototypen von Graphen-fähigen Technologien für die Mobil- und Datenkommunikation, Wearables und das Internet der Dinge bevölkert sein.
Artikel vom 24.01.2019, Quelle:
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190124105309.htm
https://graphene-flagship.eu/graphene/news/graphene-can-hear-your-brain-whisper/