Neurowissenschaftler und Elektroingenieure aus Deutschland und der Schweiz haben ein Implantat entwickelt, das Forschern erstmals hochauflösende Daten zur neuronalen Aktivität im Gehirn liefert. Das Implantat integriert die Funktionalität eines Magnetresonanztomographen (MRT) auf einem winzigen Chip – und ermöglicht so die Kombination räumlicher Informationen zur Hirnphysiologie mit Erkenntnissen zu Wechselwirkungen von Nervenzellen in Echtzeit.
Die wissenschaftliche Arbeitsgruppe um Klaus Scheffler vom Max-Planck-Institut (MPI) für biologische Kybernetik und der Universität Tübingen, sowie Jens Anders von der Universität Stuttgart haben hiermit einen technologischen Brückenschlag geschafft, der die bisher eng gesetzten elektrophysikalischen Grenzen klassischer Hirnscan-Methoden sprengt.
Die haarfeine Sonde besteht aus einem winzigen Magnetresonanztomographen und kombiniert die Vielseitigkeit bekannter räumlicher MRT-Analysen mit der Genauigkeit eines implantierbaren Sensors, der an einem Punkt im Gehirn neuronale Ereignisse in Echtzeit messen kann.
Präzise Info aus winzigen Bereichen im Gehirn
„Unser neuartiges Konzept, einen Kernspinresonanzdetektor auf einem winzigen Chip unterzubringen, ermöglicht es uns, die typischen elektromagnetischen Störungen von Magnetresonanzsignalen erheblich zu verringern und viel feinere und sowohl zeitlich als auch räumlich hochaufgelöste Daten zu erhalten“, erklärten die Hauptautoren der Nature Publikation Klaus Scheffler und Jens Anders. So könnten die Neurowissenschaftler erstmals sehr präzise Informationen aus winzigen Bereichen des Gehirns generieren und mit bildgebenden Informationen zur Hirnphysiologie kombinieren. „Mit dieser Methode können wir somit nun spezifische Aktivitäten und Funktionalitäten im Gehirn sehr viel besser verstehen und auch Unregelmäßigkeiten von Hirnfunktionen ausmachen.“
„Unsere Sonde ist technisch auch skalierbar, das heißt, es besteht die Möglichkeit, Daten aus mehr als einem einzigen Bereich des Gehirns zu erfassen. So zum Beispiel aus angrenzenden Hirnarealen – dies aber auf demselben winzigen Implantat“, erklärt Scheffler. „Die Skalierbarkeit der verwendeten Technologie ermöglicht darüber hinaus die Integration weiterer Messmodalitäten wie zum Beispiel elektrophysiologischer oder optogenetischer Sensoren im selben Implantat“, ergänzt Anders.
Die Forscher sind zuversichtlich, dass ihr technischer Ansatz dazu beitragen kann, die komplexen physiologischen Prozesse neuronaler Netzwerke des Gehirns präzise zu erfassen und zusätzliche Merkmale zu entdecken, die noch tiefere Einblicke in die komplexe Funktionalität des Gehirns ermöglichen.
Kontakt:
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik
Max-Planck-Ring 8
72076 Tübingen
Telefon: +49 (0)7071 601–777
http://kyb.mpg.de
https://doi.org/10.1038/s41592–019–0640–3
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