Die Wissenschaftler hatten die Idee untersucht, jeden Arm des Arrays aufzurollen. Allerdings wurde der Arm umso dicker, je länger er aufgerollt war. Wenn ein zusammengerollter Arm zu dick wird, nimmt er zu viel Platz ein, um sich leicht entfalten zu können. Im Gegensatz dazu gibt es bei der in der neuen Studie verwendeten Eversionstechnik keine solche Größenbeschränkung. Theoretisch könnte die Eversion dabei helfen, ein Gitter zu erzeugen, das die gesamte Oberfläche des Gehirns abdecken könnte, sagen die Forscher.
Um das Gehirn nach traumatischen Verletzungen zu analysieren, bei der Behandlung von Störungen wie Krampfanfällen zu helfen und Gehirn-Computer-Schnittstellen zu integrieren, legen Wissenschaftler manchmal Elektrodengitter auf die Oberfläche des Gehirns. Diese Elektrokortikographie-Gitter können Gehirnsignale in höherer Qualität aufzeichnen als Elektroenzephalographie-Daten, die von Elektroden auf der Kopfhaut erfasst werden, und sie sind außerdem weniger invasiv als in das Gehirn eingeführte Sonden.
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Die Wissenschaftler falteten das Array in ein zylindrisches Rohr, das dann durch ein Loch im Schädel eingeführt wurde. Sie setzten das Array ein, indem sie eine wässrige Lösung einführten, die jeden Spiralarm innerhalb von 30 bis 40 Sekunden „umstülpte“, also von innen nach außen drehte.
„Das einsetzbare Implantat in unserer aktuellen Studie ist ein Proof of Concept“, sagt Lacour. „Bevor es im klinischen Kontext eingesetzt werden kann, ist noch viel Arbeit erforderlich, um die Technologie auf medizinische Anforderungen zu übertragen und zu skalieren. Aber die Forschung hält spannende Anwendungen für Gehirn-Computer-Schnittstellen und die Überwachung von Implantaten bei Epilepsie bereit.“
Ein Spin-off der Eidgenössischen Polytechnischen Schule Lausanne namens Neurosoft Bioelectronics will diese Erfindung nun in die Klinik bringen. Die Ausgründung wurde kürzlich von der Schweizer Innovationsagentur Innosuisse mit 2,5 Millionen Schweizer Franken (knapp 2,8 Millionen US-Dollar) gefördert.
Als die Forscher die Schnauze des Minischweins elektrisch stimulierten, erfasste das Array erfolgreich die mit den Empfindungen verbundene Gehirnaktivität. In Zukunft wollen Lacour und ihre Kollegen Arrays entwickeln, die Gehirnwellen erkennen und auch das Gehirn stimulieren können, stellt sie fest.
Einsetzbare Elektroden für die minimalinvasive Kraniochirurgiewww.youtube.com
Sensoren in der Anordnung überwachten den Flüssigkeitsdruck, dem jeder Arm ausgesetzt war, in Echtzeit. Mithilfe dieser Sensoren konnte sichergestellt werden, dass die Arme beim Ausfahren nicht zu stark drückten.
Allerdings erfordert die Platzierung von Elektrokortikographie-Gittern auf dem Gehirn typischerweise die Schaffung von Öffnungen im Schädel, die mindestens so groß wie diese Arrays sind und Löcher von bis zu 100 Quadratzentimetern hinterlassen. Diese chirurgischen Eingriffe können zu schwerwiegenden Komplikationen wie Entzündungen und Narbenbildung führen.
Jetzt haben Wissenschaftler einen neuen weichen Roboter entwickelt, den sie durch ein winziges Loch in den Schädel einsetzen können. In Experimenten an einem Minischwein zeigten sie, dass sich das Gerät wie ein Schiff in einer Flasche entfalten und ein 4 Zentimeter breites Elektrokortikographiegitter entfalten kann, das in einen Raum von etwa nur 1 Millimeter Breite passt. Dies „ermöglichte es dem Implantat, durch den schmalen Spalt zwischen Schädel und Gehirn zu navigieren“, sagt die leitende Autorin der Studie Stéphanie Lacour, Neuroingenieurin und Direktorin des Neuro-X-Instituts der Eidgenössischen Polytechnischen Schule Lausanne. in der Schweiz.
Die Forscher schufen das Array, indem sie flexible Goldelektroden mit einer Dicke von weniger als 400 Mikrometern auf weichen, flexiblen Silikonkautschuk medizinischer Qualität aufdampften. Das Array hatte sechs Spiralarme, die seine Oberfläche und damit die Anzahl der Elektroden, die mit dem Gehirn in Kontakt kamen, maximierten.
Die Wissenschaftler erläuterten ihre Ergebnisse online am 10. Mai in der Zeitschrift Science Robotics.
Eine neue Studie zeigt, dass sich ein krakenähnlicher weicher Roboter im Schädel auf dem Gehirn entfalten kann. Das neuartige Gerät könnte zu minimalinvasiven Methoden zur Untersuchung des Gehirns und zur Implantation von Gehirn-Computer-Schnittstellen führen, sagen Forscher.
„Während des Einsatzes sind wir nicht auf Widerstandsprobleme gestoßen, aber dies ist sicherlich ein Punkt, den wir mit dieser Technologie weiter untersuchen sollten“, sagt Lacour. „Das Aufblasen des Beins während des Einsatzes sollte minimal gehalten werden, um das Gehirn nicht zu komprimieren und irreversible Schäden auszulösen.“
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