Erforschung des Gehirns und des peripheren Nervensystems

Das Gehirn ist mit seiner Milliarde an Neuronen, die miteinander über eine Billion Verknüpfungen kommunizieren, das komplexeste Organ, das wir kennen.  Seine vielfältigen Funktionen sind bei weitem noch nicht verstanden.

Seine Fehlfunktionen verursachen jedoch bereits heute ca. ein Drittel der Gesundheitskosten in der entwickelten Welt – mit steigender Tendenz. Um diesem Problem zu begegnen, ist eine weitere Erforschung der Hirnfunktion unabdinglich.

Das Potential der Neurotechnologie

Neurotechnologische Devices wie Elektroden oder Komplett-Systeme zur Ableitung und Stimulation ermöglichen die Interaktion mit Gehirn und Nervensystem. Sie tragen dazu bei, tiefere Erkenntnisse über deren Funktionsweise zu erlangen und mögliche therapeutische Anwendungen zu erforschen.

Anwendung von CorTec Produkten

Die °AirRay Grid Elektroden von CorTec bieten neuartige Möglichkeiten, die elektrische Aktivität von größeren Teilen des Gehirns elektrisch abzuleiten wie auch zu stimulieren, ohne dabei in das empfindliche Hirngewebe einzudringen. Die °AirRay Elektroden können in einer hohen Dichte an Kontakten in individualisierter und miniaturisierter Form hestellen Damit unterstützen sie eine genauere Untersuchung der Hirnfunktion als sie bisher mit aufliegenden Elektroden möglich war.

 

Die Produkt-Variante der °AirRay Micro Cuff Elektroden ist speziell darauf ausgerichtet, Nerven manschettenartig zu umschließen. Sie können zur Ableitung, Stimulation oder Blocken von Nerven benutzt werden und dehnen so die Möglichkeiten der Forschung auf eine schonende Interaktion mit dem peripheren Nervensystem aus. Dies eröffnet zugleich neue Anwendungsmöglichkeiten für weitere Erkrankungen im Bereich der Bioelektronischen Medizin (link zu der betreffenden Seite, s.u.).

 

Die Kombination der °AirRay Elektroden mit dem Brain Interchange System bietet zum einen die Option, Gehirn-Computer-Schnittstellen für spätere klinische Anwendungen, z.B. als Assistenzsysteme für gelähmte Menschen (Link zu Seite BCI einfügen) zu erforschen. Zum anderen lassen sich mit diesem System langfristige Closed-Loop Interaktionen mit dem Nervensystem untersuchen und weiterentwickeln: Die Technologie ist in der Lage, auf das physiologische Feedback ihrer Aktivitäten zu reagieren und diese entsprechend anzupassen. Dies kann für eine Vielzahl an Therapien wie bspw.  von Parkinson, (Link einfügen) oder in der Epilepsie-Intervention (Link einfügen) von Vorteil sein.

Stand der Forschung und Technik

Die Forschung unter anderem mit Hilfe von hochaufgelösten °AirRay Grid-Elektroden hat bereits ergeben, dass die funktionale Gliederung der Großhirnrinde weitaus feiner strukturiert ist als Befunde basierend auf bisherigen Technologien ergeben haben (s. Publikationen unten).

 

Vielversprechende Ergebnisse liegen bereits aus dem noch jungen Forschungsfeld für bioelektronische Anwendungen vor, in dem vor allem mit Nerven-Cuffs wie beipielsweise den °AirRay Cuff Elektroden gearbeitet wird (Link zu Bioelektronische Medizin einfügen).

 

Closed-Loop Interaktionen mit dem Gehirn wurden bspw. mit CorTec Brain Interchange ebenfalls bereits erfolgreich getestet (Kohler et al., 2017).

Weiterführende Links und Literatur

Forschungserbnisse, die mit CorTec Produkten erzielt wurden (“CorTec inside”):

Mapping the fine structure of cortical activity with different micro-ECoG electrode array geometries.

Wang X, Gkogkidis A, Iljina O, Fiederer L, Henle C, Mader I, Kaminsky J, Stieglitz T, Gierthmuehlen M, Ball T.

J Neural Eng. 2017 Jun 9. doi: 10.1088/1741-2552/aa785e. [Epub ahead of print]

 

Mapping of sheep sensory cortex with a novel microelectrocorticography grid.

Gierthmuehlen M, Wang X, Gkogkidis A, Henle C, Fischer J, Fehrenbacher T, Kohler F, Raab M, Mader I, Kuehn C, Foerster K, Haberstroh J, Freiman TM, Stieglitz T, Rickert J, Schuettler M, Ball T.

J Comp Neurol. 2014 Nov 1;522(16):3590-608. doi: 10.1002/cne.23631. Epub 2014 Jun 16.

 

Evaluation of μECoG electrode arrays in the minipig: experimental procedure and neurosurgical approach.

Gierthmuehlen M, Ball T, Henle C, Wang X, Rickert J, Raab M, Freiman T, Stieglitz T, Kaminsky J.

J Neurosci Methods. 2011 Oct 30;202(1):77-86. doi: 10.1016/j.jneumeth.2011.08.021. Epub 2011 Aug 30.

 

First long term in vivo study on subdurally implanted micro-ECoG electrodes, manufactured with a novel laser technology.

Henle C, Raab M, Cordeiro JG, Doostkam S, Schulze-Bonhage A, Stieglitz T, Rickert J.

Biomed Microdevices. 2011 Feb;13(1):59-68. doi: 10.1007/s10544-010-9471-9.

 

Closed-loop interaction with the cerebral cortex: a review of wireless implant technology

Fabian Kohler, C. Alexis Gkogkidis, Christian Bentler, Xi Wang, Mortimer Gierthmuehlen , Joerg Fischer, Christian Stolle, Leonhard M. Reindl, Joern Rickert, Thomas Stieglitz, Tonio Ball & Martin Schuettler (2017)

Brain-Computer Interfaces, 4:3, 146-154, DOI:10.1080/2326263X.2017.1338011

http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/2326263X.2017.1338011