Forschende des Leibniz-Institutes für Neurobiologie Magdeburg (LIN) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg haben neuartige Elektroden zur Untersuchung des Gehirns entwickelt. Ihre Studie über die Verwendbarkeit transparenter und flexibler Elektroden zur Hirnstimulation und Ableitung haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Journal of Neural Engineering veröffentlicht.
Bei schweren neurologischen Erkrankungen wie Epilepsien, Blindheit oder Taubheit wecken sogenannte optogenetische Verfahren, die Licht und Gentherapie im Gehirn kombinieren, große Hoffnungen. Mit ihnen könnte es möglich werden, die Nervenzellen wieder ins Lot zu bringen. Da man zur gezielten Anwendung des Lichtes aber die Signale des Gehirns verstehen muss, benötigt man zusätzlich Elektroden, die diese Signale aufzeichnen. Die konventionellen Elektroden sind jedoch undurchsichtig. Um dieses Problem zu umgehen, sind eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen worden, die auf neuartigen Materialien, wie zum Beispiel Graphen, bestehen. Diese Materialien sind aber teuer, schwer zu verarbeiten und nicht sonderlich stabil.
Bewährte Materialien werden neu hergestellt
Das Magdeburger Team hat daher einen alternativen Weg eingeschlagen. Für die Elektroden werden bewährte Materialien genutzt, die so dünn hergestellt werden, dass sie die Eigenschaften der neuartigen Materialien sogar übertreffen – und dies, ohne die Langzeitstabilität der Implantate zu verschlechtern. Das erlaubt den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Magdeburger Universität und des LIN, gleichzeitig die Aktivität von Nervenzellen zu messen und dieselben Zellen mit Licht zu stimulieren.
„Anstatt auf komplizierte Materialien und Prozesse zu setzen, zeichnen sich unsere Elektroden durch Praxistauglichkeit und günstige Herstellungskosten aus.“, erklärt Marcel Brosch, Erstautor der Studie. „Dies ist ein wichtiger Aspekt bei steigenden Kosten im Gesundheitssystem und einer älter werdenden Gesellschaft.“
Folien-Elektrode auch für Langzeitexperimente sinnvoll
Mit ihrer Arbeit haben die Forschenden gezeigt, dass es möglich ist, Elektroden zu entwickeln, welche ausgezeichnete elektrische und optische Eigenschaften haben, aber trotzdem in Langzeitexperimenten stabile Signale liefern. Dies ist besonders relevant für den geplanten Einsatz am Menschen, da die Elektroden jahrelang fehlerfrei funktionieren müssen.
Gerade für das Feld der Brain-Computer-Interfaces bieten die Elektroden Vorteile. Die Kombination aus Durchsichtigkeit, Haltbarkeit und Verträglichkeit ist eine wesentliche Grundvoraussetzung für den Erfolg. Diese Weiterentwicklung kann somit helfen, dass Patienten nach einer Querschnittlähmung ihren Tastsinn wiedererlangen können oder Blinde wieder sehen können.
Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) Magdeburg
Das LIN ist ein Grundlagenforschungsinstitut, das sich Lern- und Gedächtnisprozessen im Gehirn widmet. Das LIN wurde 1992 als Nachfolgeeinrichtung des Institutes für Neurobiologie und Hirnforschung der Akademie der Wissenschaften der DDR gegründet und ist seit 2011 Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Es bildet einen der Eckpfeiler des Neurowissenschaftsstandortes Magdeburg. Das LIN beherbergt moderne Labore für die neurowissenschaftliche Forschung – vom Hightech-Mikroskop bis zum Kernspintomographen.
Aktuell arbeiten rund 230 Personen am LIN, davon ungefähr 150 Wissenschaftler aus rund 28 Ländern. Sie erforschen kognitive Prozesse und deren krankhafte Störungen im Gehirn von Mensch und Tier.
Originalpublikation:
„An optically transparent multi-electrode array for combined electrophysiology and optophysiology at the mesoscopic scale”
Marcel Brosch, Martin Deckert, Sanchit Rathi, Kentaroh Takagaki, Theresa Weidner, Frank W Ohl, Bertram Schmidt, Michael T Lippert; Journal of Neural Engineering.
