Eine Tiefenhirnsonde kann das Gehirn einer Ratte ohne chirurgische Implantate lesen

Ratten wurde eine winzige, ultraflexible Sonde injiziert, die die Aktivität tief in ihrem Gehirn aufzeichnet und so die Notwendigkeit eines chirurgischen Implantats umgeht. Die Technologie könnte eines Tages eine wirksame, minimalinvasive Möglichkeit zur Überwachung und Behandlung von Gehirnerkrankungen bei Menschen bieten.

Brain-Machine-Interfaces (BMIs) sind Geräte, die in das Gehirn implantiert werden, um dessen elektrische Signale aufzuzeichnen und an einen Computer zu senden. Sie können auch zur Tiefenhirnstimulation eingesetzt werden, bei der Elektroden elektrische Impulse erzeugen, um abnormale Impulse zu regulieren. BMIs seien von zentraler Bedeutung für die neurowissenschaftliche Forschung und die Behandlung neurologischer Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit, sagt Charles Lieber, emeritierter Professor an der Harvard University.

Einige BMIs verwenden Sensoren, die auf der Kopfhaut angebracht werden. Ihre Aufzeichnungsauflösung ist jedoch tendenziell schlecht, da der Schädel die elektrischen Signale des Gehirns dämpft. Um die Aktivität tief im Gehirn genauer zu messen, können Elektroden über eine Operation am offenen Schädel implantiert werden.

Jetzt haben Lieber und seine Kollegen einen BMI entwickelt, der den Kompromiss zwischen einem extrem invasiven Eingriff und einer geringen Auflösung überwinden könnte.

Die Blutgefäße im Gehirn liegen nur wenige Mikrometer von den Neuronen entfernt und sind daher ein nützlicher Ort zur Überwachung der Gehirnaktivität. Um ein Gerät zu entwickeln, das durch gewundene, mikroskopisch kleine Blutgefäße bewegt werden kann, verwendete das Team ein flexibles Polymer, um eine 7 Zentimeter lange, netzartige Sonde zu bauen, in die eingebettet ist 16 Elektroden.

Nachdem das Team einen kleinen Einschnitt in den Hals einer Gruppe von Ratten gemacht hatte, führte das Team die Sonde mithilfe eines 10 Mikrometer breiten Katheters zur Basis des Gehirns der Tiere. Nach dem Einführen in ein Blutgefäß dehnte sich die Sonde aus und blieb an den Gefäßwänden haften, sodass ihre Elektroden Signale von nahegelegenen Neuronen empfangen konnten.

Durch die Veränderung der Breite des Katheters konnten die Forscher die Sonde in verschiedene Blutgefäße einführen, ohne dass die Ratten spürbare Nebenwirkungen hatten.

Da die Sonde nur winzig klein ist und ein Prototyp ist, enthält sie relativ wenige Elektroden, verglichen mit etwa 1000 in manchen chirurgischen Implantaten, sagt Lieber. Die Anzahl der Elektroden könnte erhöht werden, um die Genauigkeit zu verbessern, aber das Gerät werde wahrscheinlich nicht allein zur Überwachung der Gehirnaktivität und des Gehirnzustands verwendet, sagt er.

Das Team hofft nun, diese Technologie an Menschen testen zu können, wo sie schließlich bei Erkrankungen wie Epilepsie und Parkinson eingesetzt werden könnte. Es werde jedoch einige Zeit dauern, die Sicherheit und Wirksamkeit der Sonde bei Menschen zu beweisen, sagt Lieber.

Diese Studie könnte als Ausgangspunkt für die Einführung minimalinvasiver Implantate in Blutgefäße dienen, die den Zugang zu Hirnregionen mit kleinen, komplexen Blutgefäßanordnungen ermöglichen, sagt Salman Qasim von der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York.