Darüber nachgedacht, dass man Nervenzellen direkt auf Halbleiterchips bringt, habe ich genau vor 20 Jahren, 1984. Das war damals die Zeit der ersten PCs und ich saß voller Verzweiflung vor meinem PC und sah diese Schwierigkeit der Kommunikation mit dem PC und habe halt nachgedacht, wie könnte man das besser machen.
Keine umständlichen Eingaben mehr per Tastatur, stattdessen wird das Gehirn des Benutzers direkt mit dem Computer verbunden. Professor Fromherz, heute Direktor am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München, war klar, dass das noch lange Zeit eine phantastische Vision bleiben würde. Aber die Richtung für seine Forschungen war damit vorgegeben. Es dauerte allerdings mehr als sechs Jahre, bis ihm und seinen Mitarbeitern ein erster wichtiger Schritt gelang: 1991 konnten sie mit einem Silizium-Transistor die elektrischen Signale "belauschen", die von einer Blutegel-Nervenzelle stammten. Noch einmal vier Jahre vergingen, bis die Forscher auch umgekehrt über ihren Chip eine Nervenzelle mit elektrischen Impulsen reizen konnten. Nach diesen Erfolgen begann der Medienrummel. Er weckte zum Teil übertriebene Hoffnungen, etwa auf so genannte Neuroprothesen.
Es war in der Tat so in der ersten Phase, dass durch Pressemitteilungen und Fernseh- und Radiointerviews Querschnittsgelähmte, Blinde sich darauf gestürzt und angefragt haben, ob man jetzt da heilen kann. Davon sind wir immer noch meilenweit entfernt.
Immerhin ist es dem Martinsrieder Team in den letzten Jahren gelungen, die physikalischen Grundlagen der Experimente zu verstehen: Welche Faktoren beeinflussen die Signalübertragung zwischen Chip und Zelle? Was für eine Rolle spielen etwa die elektrischen Eigenschaften der Zellmembran und des Siliziums? Langwierige und aufwändige Messungen waren dafür notwendig. Messungen, bei denen Peter Fromherz und seine Mitarbeiter ziemlich auf sich allein gestellt waren.
Die Aufnahme der Forschung bei den Kollegen und in der Öffentlichkeit war enorm. Aber trotzdem war der wissenschaftliche Impact, wie oft wird etwas zitiert und das ist ja der eigentliche Erfolg, sehr bescheiden, muss man sagen. Es hat keine Welle gegeben von Hunderten von Arbeitsgruppen, die sich auf das Gebiet gestürzt haben.
Vielleicht, weil absehbar war, dass sich auf die Schnelle keine Anwendungsmöglichkeiten ergeben würden. Am Max-Planck-Institut für Biochemie blieb man trotzdem am Ball und erforschte weiter die Kopplung von Siliziumchips und Nervenzellen. Vor drei Jahren gelang es dabei mit Hilfe gentechnischer Verfahren, zusätzliche Ionenkanäle in die Zellen einzubauen. Das elektrische Signal, das der Chip registrieren sollte, wurde dadurch stärker. Mit diesem Trick lassen sich Zellen auch empfindlich machen für bestimmte chemische Stoffe. Ein mögliches Einsatzgebiet: Biosensoren in der Pharmaforschung und Umweltanalytik. Aber auch Neurobiologen und Hirnforscher könnten die Siliziumtechnologie demnächst als Werkzeug nutzen. Denn seit letztem Jahr gibt es einen Chip, den Infineon zusammen mit dem Martinsrieder Institut entwickelt hat. Auf einer Fläche von einem Quadratmillimeter befinden sich mehr als 16.000 Transistoren. Und die haben kürzlich interessante Untersuchungen am Rattengehirn ermöglicht.
Es ist ein Standardpräparat der Neurobiologie, dass man aus gewissen Regionen der Ratte dünne Scheiben schneidet, die sind ein paar 100 Mikrometer dick. Und die Netzwerke sind noch mehr oder weniger intakt. Und wenn man so eine Hirnscheibe auf so einen Chip legt und das genau so erregt, wie das üblich ist, so kann eben der Chip gleichzeitig an 10.000 Stellen die elektrische Aktivität als dynamische Karte beobachten. Man sieht mit dem Chip elektrische Wellen durch das Gewebe sausen. Das finde ich doch gefühlsmäßig sehr beeindruckend.
So beeindruckend, dass Peter Fromherz heute nicht mehr gleich abwinkt, wenn man ihn auf Neuroprothesen anspricht. Zum Beispiel auf winzige Schaltungen, die, an den Sehnerv gekoppelt, Blinden einen gewissen Seheindruck ermöglichen könnten.
Die Chips, die wir jetzt haben, sind natürlich völlig unbrauchbar. Weder für Blinde noch für Lahme - gar keine Frage. Aber dadurch, dass es uns jetzt gelungen ist, an Gewebe zu koppeln, denke ich schon darüber nach, ob man das vielleicht doch umsetzen kann - in ferner Zukunft - in medizinische Applikationen.
Keine umständlichen Eingaben mehr per Tastatur, stattdessen wird das Gehirn des Benutzers direkt mit dem Computer verbunden. Professor Fromherz, heute Direktor am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München, war klar, dass das noch lange Zeit eine phantastische Vision bleiben würde. Aber die Richtung für seine Forschungen war damit vorgegeben. Es dauerte allerdings mehr als sechs Jahre, bis ihm und seinen Mitarbeitern ein erster wichtiger Schritt gelang: 1991 konnten sie mit einem Silizium-Transistor die elektrischen Signale "belauschen", die von einer Blutegel-Nervenzelle stammten. Noch einmal vier Jahre vergingen, bis die Forscher auch umgekehrt über ihren Chip eine Nervenzelle mit elektrischen Impulsen reizen konnten. Nach diesen Erfolgen begann der Medienrummel. Er weckte zum Teil übertriebene Hoffnungen, etwa auf so genannte Neuroprothesen.
Es war in der Tat so in der ersten Phase, dass durch Pressemitteilungen und Fernseh- und Radiointerviews Querschnittsgelähmte, Blinde sich darauf gestürzt und angefragt haben, ob man jetzt da heilen kann. Davon sind wir immer noch meilenweit entfernt.
Immerhin ist es dem Martinsrieder Team in den letzten Jahren gelungen, die physikalischen Grundlagen der Experimente zu verstehen: Welche Faktoren beeinflussen die Signalübertragung zwischen Chip und Zelle? Was für eine Rolle spielen etwa die elektrischen Eigenschaften der Zellmembran und des Siliziums? Langwierige und aufwändige Messungen waren dafür notwendig. Messungen, bei denen Peter Fromherz und seine Mitarbeiter ziemlich auf sich allein gestellt waren.
Die Aufnahme der Forschung bei den Kollegen und in der Öffentlichkeit war enorm. Aber trotzdem war der wissenschaftliche Impact, wie oft wird etwas zitiert und das ist ja der eigentliche Erfolg, sehr bescheiden, muss man sagen. Es hat keine Welle gegeben von Hunderten von Arbeitsgruppen, die sich auf das Gebiet gestürzt haben.
Vielleicht, weil absehbar war, dass sich auf die Schnelle keine Anwendungsmöglichkeiten ergeben würden. Am Max-Planck-Institut für Biochemie blieb man trotzdem am Ball und erforschte weiter die Kopplung von Siliziumchips und Nervenzellen. Vor drei Jahren gelang es dabei mit Hilfe gentechnischer Verfahren, zusätzliche Ionenkanäle in die Zellen einzubauen. Das elektrische Signal, das der Chip registrieren sollte, wurde dadurch stärker. Mit diesem Trick lassen sich Zellen auch empfindlich machen für bestimmte chemische Stoffe. Ein mögliches Einsatzgebiet: Biosensoren in der Pharmaforschung und Umweltanalytik. Aber auch Neurobiologen und Hirnforscher könnten die Siliziumtechnologie demnächst als Werkzeug nutzen. Denn seit letztem Jahr gibt es einen Chip, den Infineon zusammen mit dem Martinsrieder Institut entwickelt hat. Auf einer Fläche von einem Quadratmillimeter befinden sich mehr als 16.000 Transistoren. Und die haben kürzlich interessante Untersuchungen am Rattengehirn ermöglicht.
Es ist ein Standardpräparat der Neurobiologie, dass man aus gewissen Regionen der Ratte dünne Scheiben schneidet, die sind ein paar 100 Mikrometer dick. Und die Netzwerke sind noch mehr oder weniger intakt. Und wenn man so eine Hirnscheibe auf so einen Chip legt und das genau so erregt, wie das üblich ist, so kann eben der Chip gleichzeitig an 10.000 Stellen die elektrische Aktivität als dynamische Karte beobachten. Man sieht mit dem Chip elektrische Wellen durch das Gewebe sausen. Das finde ich doch gefühlsmäßig sehr beeindruckend.
So beeindruckend, dass Peter Fromherz heute nicht mehr gleich abwinkt, wenn man ihn auf Neuroprothesen anspricht. Zum Beispiel auf winzige Schaltungen, die, an den Sehnerv gekoppelt, Blinden einen gewissen Seheindruck ermöglichen könnten.
Die Chips, die wir jetzt haben, sind natürlich völlig unbrauchbar. Weder für Blinde noch für Lahme - gar keine Frage. Aber dadurch, dass es uns jetzt gelungen ist, an Gewebe zu koppeln, denke ich schon darüber nach, ob man das vielleicht doch umsetzen kann - in ferner Zukunft - in medizinische Applikationen.