Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler aus Freiburg entwickeln neue Verfahren zur Neuroprothetik

17.01.2008
Jede Bewegung, die wir ausführen - jeder Griff und jeder Schritt - hat ihren Ursprung im Gehirn. Die Signale des Gehirns auch zur Steuerung von Prothesen oder zur Bedienung eines Computers zu nutzen, um somit die Grundlagen für die Entwicklung einer Prothesenansteuerung für schwerstgelähmte Patienten zu schaffen, ist das Ziel von Carsten Mehring und seiner Arbeitsgruppe am Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience und am Institut für Biologie I der Universität Freiburg.

Gemeinsam mit Kollegen vom Universitätsklinikum Freiburg konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich mit Hilfe von auf die Hirnoberfläche aufgesetzten Elektroden kontinuierliche Armbewegungen vorhersagen lassen. Die Arbeit wird in der Januar-Ausgabe der Fachzeitschrift "Journal of Neuroscience Methods" publiziert.

Die Wissenschaftler um Mehring nutzten zur Messung elektrischer Signale des Gehirns ein so genanntes "semi-invasives" Verfahren, die Elektrocorticographie (ECoG). "Wir suchen damit einen optimalen Kompromiss zwischen voll-invasiven und nicht-invasiven Methoden", erklärt Mehring. Bei nicht-invasiven Methoden wie dem EEG werden Elektroden auf der Kopfhaut angebracht. Das neuronale Signal wird auf der Schädeldecke gemessen und ist von entsprechend geringer räumlicher Auflösung. Bei voll-invasiven Methoden werden die Elektroden wenige Millimeter tief in das Gehirn implantiert, so dass die Aktivität einzelner Neurone oder Gruppen von Neuronen registriert werden kann. Das Signal ist sehr viel genauer und es reicht aus, um komplexe Bewegungen zu steuern. Erste klinische Studien an schwerstgelähmten Patienten wurden mit dieser Methode bereits erfolgreich durchgeführt. Noch lässt sich allerdings kaum sagen, inwiefern das Gehirn durch die implantierten Elektroden verletzt werden kann oder wie stabil die so gemessenen Signale über längere Zeit sein werden.

Beim ECoG werden die Elektroden direkt auf der Gehirnoberfläche implantiert und dringen nicht in das Gehirngewebe ein. Sie messen Spannungsveränderungen an der Hirnoberfläche, die von großen Gruppen von Neuronen hervorgerufen werden. Diese Methode ist weniger invasiv und die gemessenen Signale sind voraussichtlich über längere Zeit stabil. "Wir möchten überprüfen, ob sich diese Methode zur Steuerung von Bewegungen eignet und somit eine mögliche Alternative zu voll-invasive Methoden darstellt", erklärt Mehring und fährt fort: "Unsere Ergebnisse geben uns die Hoffnung, dass das funktionieren könnte".

... mehr zu:
»Biologie »Elektrode »Neuron

Seine Untersuchungen führte Mehring an Epilepsiepatienten durch, denen zur Vorbereitung auf eine Gehirnoperation bereits Elektroden unter die Schädeldecke implantiert waren. Ihre Hirnaktivität wurde aufgezeichnet, während sie durch Betätigung eines Handgriffs mit einem Cursor einen Zielpunkt auf einem Bildschirm ansteuerten. Mit Hilfe mathematischer Algorithmen ist es den Wissenschaftlern gelungen, aus diesen Messungen Hirnsignale zu extrahieren, die mit der Cursorbewegung korrelierten und mit denen eine kontinuierliche Rekonstruktion der Bewegung möglich war.

In einem nächsten Schritt möchten Mehring und seine Kollegen nun untersuchen, wie gut sich die Strategie nutzen lässt, um nur mit Hilfe der neuronalen Aktivität einen Cursor auf dem Bildschirm zu steuern, ohne dass der Proband dabei den Arm bewegt. "Vorherige Studien zeigen, dass sich die Rekonstruktion der Bewegung aus den Hirnsignalen auf diese Weise noch verbessern läßt, weil der Proband lernen kann seine Hirnaktivität an die Cursorsteuerung anzupassen", so Mehring. "Es besteht die Hoffnung, dass, basierend auf solchen Methoden, in Zukunft eine Prothesenansteuerung oder ein Kommunikationsmittel für schwerstgelähmte Patienten entwickelt werden kann. Bis zur praktischen Anwendung solcher Geräte am Patienten müssen allerdings noch viele wissenschaftlich-technische Probleme gelöst werden".

Originalveröffentlichung:
Tobias Pistohl, Tonio Ball, Andreas Schulze-Bonhage, Ad Aertsen, Carsten Mehring (2008). Prediction of arm movement trajectories from ECoG-recordings in humans. Journal of Neuroscience Methods, 2008 Jan 15 167/1 pp. 105-114.

doi: 10.1016/j.jneumeth.2007.10.001

Kontakt:
Dr. Carsten Mehring
Institut für Biologie I &
Bernsteinzentrum für Computational Neuroscience
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Hauptstr.1, 79104 Freiburg
Tel.: ++49-(0)761-2032543
E-mail: mehring@biologie.uni-freiburg.de
Tobias Pistohl
Institut für Biologie I &
Bernsteinzentrum für Computational Neuroscience
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Hauptstr.1, 79104 Freiburg
Tel.: ++49-(0)761-2032580
E-mail: pistohl@biologie.uni-freiburg.de
Die Bernstein Zentren für Computational Neuroscience in Berlin, Freiburg, Göttingen und München werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Um die komplexe Struktur des Gehirns zu erforschen, verbindet die Computational Neuroscience Experiment, Computersimulation und Theoriebildung.

Katrin Weigmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.bmi.uni-freiburg.de/
http://www.bernstein-zentren.de/

Weitere Berichte zu: Biologie Elektrode Neuron

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Präzisionsbestrahlung bei Prostatakrebs: HYPOSTAT-Studie wird ausgeweitet
11.12.2017 | Universitätsklinikum Schleswig-Holstein

nachricht Neues Verfahren für die Erkennung von Brustkrebs etabliert
06.12.2017 | Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften