Erforschung des Gehirns und des peripheren Nervensystems

Das Gehirn ist mit seinen 86 Milliarden Neuronen, die miteinander ĂŒber rund 150 Billionen VerknĂŒpfungen kommunizieren, das komplexeste Organ, das wir kennen.  Bis heute sind seine vielfĂ€ltigen 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 es unabdinglich, die Funktionsweise des Gehirns weiter zu erforschen.

Das Potential der Neurotechnologie

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

Stand der Forschung und Technik

Die neuere Forschung hat – unter anderem mit Hilfe von hochaufgelösten °AirRay Grid-Elektroden – bereits gezeigt, dass die funktionale Gliederung der Großhirnrinde weitaus feiner strukturiert ist, als Befunde basierend auf bisherigen Technologien ergeben haben ( Wang et al., 2017; Gierthmuehlen et al., 2014). Das Wissen darĂŒber, welche Hirnareale an welchen Körperfunktionen beteiligt sind, ist beispielsweise essentiell fĂŒr Planung von operativen Eingriffen am Gehirn.

Vielversprechende Ergebnisse liegen bereits aus dem noch jungen Forschungsfeld fĂŒr bioelektronische Medizin (Link zu Anwendung Bioelektronische Medizin) vor. Hier wird ĂŒber eine direkte Ansprache einzelner Nerven beispielsweise mithilfe von °AirRay Cuff Elektroden versucht, Krankheiten möglichst nahe am Entstehungsort zu therapieren.

Closed-Loop Interaktionen mit dem Gehirn wurden unter anderem mit CorTec Brain Interchange bereits erfolgreich getestet (Kohler et al., 2017).  Studien mit anderen Closed-Loop Technologien haben gezeigt, dass die Verschaltungen des Gehirns durch Closed-Loop Interaktionen verĂ€ndert werden können (z.B. Zanos et al., 2018), was z.B. fĂŒr die Wiederherstellung von Körperfunktionen nach SchĂ€digungen des Nervensystems ausgenutzt werden kann (z.B. Ganzer et al., 2018).

Lösungen auf Basis von CorTec-Technologie

Die °AirRay Grid Elektroden von CorTec bieten neuartige Optionen, die elektrische AktivitĂ€t von grĂ¶ĂŸeren Teilen des Gehirns abzuleiten wie auch zu stimulieren, ohne dabei in das empfindliche Hirngewebe einzudringen. Die Elektrodenkontakte liegen auf der OberflĂ€che des Gehirngewebes auf und ermöglichen eine gebĂŒndelte Kommunikation mit den darunterliegenden lokalen Gruppen von Nervenzellen.

Die Produkt-Variante der °AirRay Micro Cuff Elektroden ist speziell darauf ausgerichtet, Nerven manschettenartig zu umschließen, ohne Druck auf den Nerv auszuĂŒben. Sie können zur Ableitung, Stimulation oder zum Blocken von Nerven genutzt werden und dehnen so die Möglichkeiten der Forschung auf eine schonende Interaktion mit dem peripheren Nervensystem aus. Dies eröffnet zugleich neue Anwendungsmöglichkeiten fĂŒr Erkrankungen im Bereich der Bioelektronischen Medizin.

Die °AirRay Elektroden Technologie von CorTec ermöglicht es, Elektroden in einer hohen Dichte an Kontakten sowie in individualisierten und miniaturisierten Formen herzustellen. Damit unterstĂŒtzen sie eine genauere Untersuchung neuronaler Funktionen als sie mit bisherigen Elektroden möglich war.

Die Kombination der °AirRay Elektroden mit dem Brain Interchange System bietet zum einen die Option, Gehirn-Computer-Schnittstellen fĂŒr spĂ€tere klinische Anwendungen, z.B. als Assistenzsysteme fĂŒr gelĂ€hmte Menschen  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 den momentanen physiologischen Zustand des Patienten zu reagieren und ihre AktivitĂ€ten jederzeit darauf anzupassen. Dies kann fĂŒr eine Vielzahl an Therapien wie bspw.  von Parkinson oder in der Epilepsie-Intervention von Vorteil sein.

WeiterfĂŒhrende Links und Literatur

AllgemeinverstÀndliche Hintergrund-Literatur

Fachliteratur

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Closed-loop interaction with the cerebral cortex using a novel micro-ECoG-based implant: the impact of beta vs. gamma stimulation frequencies on cortico-cortical spectral responses.
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First long term in vivo study on subdurally implanted Micro-ECoG electrodes, manufactured with a novel laser technology
Henle C, Raab M, Doostkam S, Cordeiro J, Schulze-Bonhage A, Stieglitz T, Rickert J (2010)
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