Für Menschen, die aufgrund einer Rückenmarksverletzung, eines Schlaganfalls oder einer anderen Krankheit ihre Hände oder Beine nicht bewegen können, sind Brain-Computer-Interfaces (BCIs) eine große Hoffnung. Diese Gehirn-Computer-Schnittstellen ermöglichen die Steuerung eines Gerätes allein mittels Hirnaktivität. Damit bieten BCIs gelähmten Menschen die Chance, die Kontrolle über einen Teil ihrer Bewegungsfähigkeit wiederzuerlangen.
BCIs, die Hirnaktivität von der Kopfoberfläche messen, haben den Vorteil, dass sie Patienten einen aufwendigen und risikobehafteten chirurgischen Eingriff am Gehirn ersparen. „Wir haben bereits ein nicht-invasives BCI-System entwickelt, dass es Menschen mit hoher Querschnittslähmung ermöglicht, mittels willkürlicher Veränderung ihrer Hirnströme, Alltagsgegenstände zu greifen“, berichtet Prof. Dr. Surjo R. Soekadar. Er ist Einstein-Professor für Klinische Neurotechnologie an der Charité. Doch um komplexe Handbewegungen mit solch einem nicht-invasiven System steuern zu können, müsse die Sensitivität der Sensoren erheblich gesteigert werden, so Soekadar.
Dieser Aufgabe haben sich nun neun Partner angenommen und das Projekt Laserschwellen-Magnetometer für neuronale Kommunikationsschnittstellen, kurz NeuroQ, gestartet. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhaben entwickeln die Projektpartner Quantensensoren, die so sensitiv sind, dass sie kleinste Magnetfelder, die durch Hirnströme entstehen, messen können. Diese Quantenmagnetometer sollen in ein BCI-System integriert werden. Gelähmten wird dadruch ermöglicht, ein Hand-Exoskelett deutlich präziser zu steuern als es bislang der Fall ist.
Quantensensoren für den Einsatz in Exoskeletten
Das Besondere an den im Projekt NeuroQ zu entwickelnden Quantenmagnetometer ist ihr Ausgangsmaterial. Sie basieren auf NV-Zentren (nitrogen-vacancy center) in Diamant und verfügen damit über einzigartige Eigenschaften. Diamant-Quantenmagnetometer sind die einzigen hochsensitiven Magnetometer, die bei Raum- und Körpertemperatur funktionieren. Sie messen auch in Anwesenheit eines Hintergrundmagnetfelds und können die genaue Richtung eines Magnetfeldes bestimmen. Zudem sind sie biokompatibel und können nah an die Quelle herangebracht werden, was wiederum stärkere Signale ermöglicht. Damit sollen Diamant-Quantenmagnetometer perspektivisch in Kliniken, Praxen, einer Reha-Umgebung, aber auch zu Hause und im Alltag eingesetzt werden könnten. (su)
Multidisziplinäres Verbundprojekt NeuroQ
Da die bislang entwickelten Diamant-Magnetometer die geforderte Empfindlichkeit noch nicht erreichen, sollen im Rahmen von NeuroQ hochsensitive Quantenmagnetometer auf Basis eines neuartigen NV-Diamant-Lasers realisiert werden. Das Messsystem wird anschließend mit der benötigten Kommunikationsschnittstelle zu einem BCI-System entwickelt und zur Demonstration, Auswertung und Weiterentwicklung im klinischen Umfeld an der Charité in Berlin eingesetzt. Das BMBF fördert das fünfjährige Vorhaben mit knapp 9 Mio. Euro.
Projektpartner sind: Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Universität Stuttgart, Twenty-One Semiconductors, Sacher Lasertechnik, Advanced Quantum, W+R Schirmungstechnik, Neuroconn und Nirx Medizintechnik.
Zur Projektwebsite: www.neuroq.de
Weitere Informationen
https://medizin-und-technik.industrie.de/exoskelette
