Die Anlagen die die elektrische Aktivität im Gehirn regulieren, werden seit Jahrzehnten zur Behandlung von Parkinson-Symptomen eingesetzt. Die Forschung entwickelt neue Lösungen, um ihre Funktionen und Wirksamkeit zu erweitern.
Ein neues Design könnte die Verwendung eines solchen Hirnstimulators dank spezieller eingebauter triboelektrischer Generatoren, die die Atmung eines Benutzers in Elektrizität umwandeln, erheblich verbessern.
Wie die Tiefenhirnstimulation funktioniert
Bei der tiefen Hirnstimulation werden winzige Drähte in bestimmte Bereiche des Gehirns implantiert, um milde elektrische Impulse abzugeben, die die abnormale elektrische Aktivität des Gehirns korrigieren.
Es ist eine Technik, die vor nunmehr 25 Jahren, im Jahr 1997, für die Behandlung von durch Parkinson verursachtem Zittern zugelassen wurde. Kürzlich haben wir jedoch gesehen, wie Wissenschaftler es zur Behandlung von Depressionen und impulsivem Verhalten angepasst haben, mit vielversprechenden ersten Ergebnissen.
Hunderttausende Patienten erhalten jedes Jahr einen Hirnstimulator. Das Hauptgerät wird unter der Brust platziert und seine sehr dünnen Äste wandern zum Gehirn. In ihrer jetzigen Form werden die Geräte mit Batterien betrieben, die alle zwei bis drei Jahre ausgetauscht werden müssen, und zwar jedes Mal, wenn ein chirurgischer Eingriff dazu erforderlich ist. Viel zu unbequem.
Angetrieben vom Atem
Ein wahrscheinlicher Wendepunkt sind in letzter Zeit die neuen Lösungen für den Herzschrittmacher. Es ist ein Gerät, das viele Punkte mit einem Gehirnstimulator gemeinsam hat. Forscher haben experimentelle Herzschrittmacher entwickelt, die beispielsweise durch die Körpermuskeln oder sogar durch den Herzschlag selbst angetrieben werden können.
Wissenschaftler der University of Connecticut haben dieses Prinzip auch auf die Tiefenhirnstimulation angewendet. Ihre Entstehung basiert auf dem triboelektrischen Effekt, bei dem sich einige Materialien elektrisch aufladen, wenn sie aneinander reiben. Wissen Sie, wenn Sie einen Pullover anziehen und einen Schock bekommen?
Der vom amerikanischen Team entwickelte Hirnstimulator (Ich verlinke dich hier die in der Fachzeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlichte Studie) ist in der Lage, durch die Atembewegungen einer Person Energie zu sammeln.
Wie wird dieser Gehirnstimulator der neuen Generation hergestellt?
Das Implantat besteht aus mehreren Materialschichten Triboelektrik die durch Reibung Strom erzeugen. Dieser Strom lädt einen biokompatiblen Superkondensator auf, der wiederum den Hirnstimulator mit Strom versorgt.
„Wir haben unseren winzigen triboelektrischen Generator dank neuer Nanomaterialien entwickelt, die bei Kontakt miteinander eine bemerkenswerte Energieproduktion auslösen. Mehr als genug Energie, um den Stimulator zum Funktionieren zu bringen“, sagt der Studienautor Esraa Elsanadidy.
Atembetriebener Gehirnstimulator, die nächsten Schritte
Das Team testete das Gerät an einer Schweinelunge, die über eine Pumpe aufgeblasen und entleert werden konnte. Diese simulierte Atmung führte dazu, dass sich die triboelektrischen Materialien abrieben und Elektrizität erzeugten, die der Stimulator ausnutzte, um 60 elektrische Impulse pro Sekunde zu erzeugen. Impulse, die erfolgreich das Hirngewebe einer Maus stimulierten.
„Es ist das erste System der Welt, das alles vereint: Energiegewinnung, Energiespeicherung und Hirnstimulator“, sagt Teammitglied Islam Mosa.
Der nächste Schritt, an dem die Forscher arbeiten, sind Tests an großen Tieren. Wenn alles gut geht, werden wir in kurzer Zeit viel wirksamere und leichter zu „tragende“ Implantate erhalten.
