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StartseiteForschung aktuellRaffinierter Hirnchip30.06.2010

Raffinierter Hirnchip

Japaner präsentieren neuen Sensor für die Mensch-Maschine-Schnittstelle

Medizintechnik. - Der Chip im Hirn, der Blinde sehend macht oder Gelähmten das Laufen ermöglicht - an dieser Vision arbeiten Wissenschaftler schon seit Jahrzehnten - bislang mit wenig Erfolg. Ein neuer Ansatz kommt jetzt aus Japan mit einem Chip, den man an besonders viele Nervenzellen gleichzeitig anschließen könnte.

Japaner präsentieren neuen Sensor für die Mensch-Maschine-Schnittstelle

Das Ziel: Nervenzellen mit Anschluss zu Mikrochips (bcm.edu)
Das Ziel: Nervenzellen mit Anschluss zu Mikrochips (bcm.edu)

Das Video wirkt nicht sehr spektakulär: Von links ragt eine Nadel ins Bild. Von oben kommt eine Stange und versucht mit einiger Kraft, die Nadel nach unten zu drücken. Doch die hält stand und verbiegt sich kaum. Wie gesagt: nicht gerade aufregend. Doch wenn man hört, in welcher Größenordnung sich das Ganze abspielt, ist man beeindruckt: Die Nadel ist aus Silizium und hauchdünn, mit einem Durchmesser von wenigen Mikrometern.

"Die Nadel ist äußerst stabil. Das liegt daran, dass sie sehr regelmäßig gewachsen ist. Dadurch entsteht eine perfekte Kristallstruktur ohne jegliche Defekte. Und das führt dazu, dass sich die Nadel bei Belastung praktisch nicht verbiegt."

Die Siliziumnadel, die Makoto Ishida an der Technischen Universität Toyohashi in Japan entwickelt, soll einem besonderen Zweck dienen: ein Kontakt, der die elektrischen Signale von lebenden Zellen erfassen kann.

"Wir haben das bereits mit mehreren Gewebearten ausprobiert, etwa mit der Netzhaut eines Karpfens oder bei Gehirnzellen von Ratten. In beiden Fällen konnten wir unsere Siliziumnadeln sehr schonend in die Zellen hineinstechen."

Doch mit der Nadel allein ist es nicht getan. Um die Impulse einer Nervenzelle aufnehmen zu können, braucht es außerdem ein wenig Elektronik in Form eines Mikrochips. Ishida und sein Team haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Siliziumnadeln direkt auf dem Chip aufbringen lassen.

"Als Erstes stellen wir den elektronischen Schaltkreis her. Dann verwenden wir eine spezielle Methode der Kristallzüchtung, um auf diesem Chip eine extrem dünne, aber relativ lange Siliziumnadel wachsen zu lassen. Diese Nadel dient als Kontakt, der mit der Nervenzelle verbunden wird."

Das Entscheidende: Den japanischen Forschern ist es gelungen, Hunderte von Mikrochips mit einer Nadel zu versehen - angeordnet zu einem Schachbrettmuster, auf jedem Schachfeld wächst steil eine Siliziumnadel empor. Unter dem Mikroskop sieht das Ganze aus wie ein dichter, extrem regelmäßiger Stangenwald.

"Eine Zelle ist ungefähr zehn Mikrometer groß. Wir sind heute schon in der Lage, Chips herzustellen, bei denen die Siliziumnadeln nur ein paar Dutzend Mikrometer voneinander entfernt sind. Und es dürfte nicht besonders schwierig sein, diese Abstände noch einmal deutlich zu verringern."

Das Ziel: ein Sensorchip, mit dem sich jede Zelle eines Gewebeareals einzeln kontaktieren lässt. Als erste Anwendung sieht Makoto Ishida seinen Chip als wertvolles Instrument für die Forschung. So könnte man herausfinden, wie die Netzhaut im Detail funktioniert. Und:

"Uns interessiert die Schnittstelle zwischen Maschine und Gehirn. Und unser Konzept ist ein sehr viel versprechender Ansatz für einen Chip, den man mit dem Hirn verbinden kann. Er könnte die Hirnsignale detektieren und sie zum Beispiel an eine Beinprothese senden, die ein Gelähmter dann fast ebenso gut unter Kontrolle hätte, wie ein Gesunder seine Beine."

Noch aber sind solche Anwendungen Zukunftsmusik - genauso wie das hochqualitative Netzhaut-Implantat für Blinde oder der ins Hirn implantierte Chip, der Erkrankungen wie Parkinson kurieren kann.

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