Stellen Sie sich vor, Sie könnten einem von Neuronen aufgeführten Sinfoniekonzert „zuhören“. Es ist was Neuronale Matrix, entwickelt vom Team bei Professor Jonathan Viventi eine Duke University, fängt an, es möglich zu machen. Dieses Gerät ist nicht nur ein technologisches Upgrade: Es ist ein Paradigmenwechsel. Mit 1008 Multiplex-Elektroden erfasst die Gehirnaktivität mit beispielloser Auflösung.
„Die Herausforderung bestand nicht einfach darin, mehr Sensoren hinzuzufügen, sondern sie so zu integrieren, dass das Gehirn sie nicht ablehnt“, erklärt Viventi in der veröffentlichten Studie su Science Translational Medicine im Jahr 2020. Das Geheimnis? A Siliziumdioxidbeschichtung (t-SiO₂) mit einer Dicke von 3 Mikrometern, das vor Angriffen durch biologische Flüssigkeiten schützt. Ergebnis: 6 Jahre stabiler Betrieb in Tests an Primaten, verglichen mit 18 Monaten bei früheren Geräten.
Aber es gibt noch mehr. Die integrierte Elektronik reduziert die Anzahl der Kabel auf weniger als 100 und eliminiert so das Verbindungsgewirr, das herkömmliche Systeme einschränkte. Es ist, als würde man von einem Wählscheibentelefon zu einem Smartphone wechseln.
Neuronale Matrix, von der Theorie zur Praxis: Tests, die verblüffen
Im Jahr 2023 sorgte Neural Matrix mit einem Experiment an Ratten für Schlagzeilen. Er war mit dem visuellen Kortex verbunden und zeichnete auf spezifische Muster als Tiere geometrische Formen erkannten. „Wir haben neuronale Signaturen, die Kreisen und Quadraten entsprechen, mit einer Genauigkeit von 92 % identifiziert.“, verrät der Bericht Science Corp.
Nun werden die Tests auf Primaten verlagert. In einer Studie zitiert von Biomedizintechnik, Makaken mit Implantaten haben Roboterarme gesteuert, die nur ihre Gedanken nutzen, mit a 50 Millisekunden Verzögerung – nahezu in Echtzeit. Insbesondere eine geringe Latenz ist für klinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung.
Und die Aussichten? Das Ziel des Teams ist es 65.000 Elektroden bis 2026. Zahlen, die einem den Kopf verdrehen: „Mit dieser Dichte könnten wir ganze neuronale Netzwerke abbilden, die an Krankheiten wie Alzheimer beteiligt sind.“, erwartet Viventi.
Design, das die Biologie herausfordert
Was unterscheidet Neural Matrix von anderen Implantaten? Drei Schlüsselinnovationen:
- Räumliches Multiplexing: Die Elektroden sind wie Kamerapixel in einer Matrix organisiert, um größere Gehirnbereiche abzudecken
- Selbstversorgte Elektronik: Nutzt Körperwärme, um die Abhängigkeit von externen Batterien zu reduzieren
- Hybridmaterialien: Flexibles Silizium kombiniert mit Kohlenstoffnanoröhren, um Gehirnbewegungen zu widerstehen
„Wir haben uns inspirieren lassen Laminin, ein Protein, das das Nervenwachstum vorantreibt“, erklärt er Emily Sato, Co-Autor der Studie über Matrix-Wissenschaftsblog. Der Verweis bezieht sich auf das synthetische Peptid SCR127, wird verwendet, um die Zelladhäsion an Sensoren zu fördern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das Gerät in das Nervengewebe integriert, ohne eine Entzündung zu verursachen. „Nach 6 Monaten konnten wir keine signifikante Gliose feststellen“, bestätigen Sie die Daten von PubMed.
Auf dem Weg zu klinischen Anwendungen (und darüber hinaus)
Die Implikationen gehen über die Forschung hinaus. Neuronale Matrix könnte:
- Revolutionierung der Nervenprothetik: Es würde gelähmten Patienten ermöglichen, externe Geräte mit einer Präzision im Submillimeterbereich zu steuern
- Überwachen Sie Epilepsie in Echtzeit: Anfallsbeginn 30 Sekunden vor den Symptomen erkennen
- Kartierung der Wirkung von Medikamenten: Untersuchung, wie neue Moleküle die Gehirnaktivität beeinflussen
„Wir arbeiten mit dem zusammenETH Zürich, um es an die tiefe Hirnstimulation bei Parkinson anzupassen“, kündigt Viventi an. Aber es gibt auch diejenigen, die große Träume haben: Elon Musk twitterte: „Neuralink wird sich von diesen Innovationen inspirieren lassen.“
Neuronale Matrix, offene Fragen und zukünftige Herausforderungen
Trotz Fortschritten bleiben Hindernisse bestehen. Der kosten ist einer: Jeder Prototyp ist über 500.000 US-Dollar wert. Dann, die Skalierbarkeit: Die Implantation von 65.000 Elektroden erfordert minimalinvasive chirurgische Techniken, die es noch nicht gibt.
Und Ethik? Wir müssen verhindern, dass diese Technologien Ungleichheiten schaffen. Bioethiker fragen sich zu Recht, wer Zugang zu diesen Technologien haben wird und Wie schützen wir neuronale Daten?, die die Essenz unserer Identität ausmachen.
Unterdessen entwickelt sich Neural Matrix weiter. Die nächste Version wird a integrieren Mikrofluidisches Kühlsystem, um die von den Elektroden erzeugte Wärme zu verwalten. Der Wettlauf um die Verbindung von Gehirnen und Maschinen hat gerade erst begonnen.