Weltweit erster implantierbarer Miniatur-Kernspintomograph

Hirnscan-Implantat liefert Daten zur Aktivität von Neuronen

27.11.2019

© whitehoune - stock.adobe.com, Max Planck Institute for Biological Cybernetics, University of Stuttgart. Montage: Martin Vötsch (design-galaxie.de)

Illustration des Miniatur-MRTs im Hirngewebe.

Neurowissenschaftler und Elektroingenieure aus Deutschland und der Schweiz haben ein Implantat entwickelt, das Forschern erstmals hochauflösende Daten zur neuronalen Aktivität im Gehirn liefert. Die in Nature Methods vorgestellte Erfindung ermöglicht die Kombination räumlicher Informationen zur Hirnphysiologie mit Erkenntnissen zu Wechselwirkungen von Nervenzellen in Echtzeit. Diese weltweit erste und einmalige Innovation integriert die Funktionalität eines Magnetresonanztomographen (MRT) auf einem winzigen Chip.

Die wissenschaftliche Arbeitsgruppe um Klaus Scheffler vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik und der Universität Tübingen, sowie Jens Anders von der Universität Stuttgart haben hiermit einen technologischen Brückenschlag geschafft, der die bisher eng gesetzten elektrophysikalischen Grenzen klassischer Hirnscan-Methoden sprengt. Die haarfeine Sonde besteht aus einem winzigen Magnetresonanztomographen und kombiniert die Vielseitigkeit bekannter räumlicher MRT-Analysen mit der Genauigkeit eines implantierbaren Sensors, der an einem Punkt im Gehirn neuronale Ereignisse in Echtzeit messen kann.

"Unser neuartiges Konzept, einen Kernspinresonanzdetektor auf einem winzigen Chip unterzubringen ermöglicht es uns, die typischen elektromagnetischen Störungen von Magnetresonanzsignalen erheblich zu verringern und viel feinere und sowohl zeitlich als auch räumlich hochaufgelöste Daten zu erhalten. So können wir Neurowissenschaftler erstmals sehr präzise Informationen aus winzigen Bereichen des Gehirns generieren und mit bildgebenden Informationen zur Hirnphysiologie kombinieren", erklärten die Hauptautoren der Nature Publikation Klaus Scheffler und Jens Anders. "Mit dieser Methode können wir somit nun spezifische Aktivitäten und Funktionalitäten im Gehirn sehr viel besser verstehen und auch Unregelmäßigkeiten von Hirnfunktionen ausmachen."

Laut Scheffler und seiner Gruppe könnte ihre Erfindung die Möglichkeit eröffnen, Mechanismen oder Aktivierungsmuster neuronaler Aktivität bis hin zu spezifischen, insbesondere krankhaften, neuronalen Funktionen im Hirngewebe zu entdecken.

"Unsere Sonde ist technisch auch skalierbar, d.h. es besteht die Möglichkeit, Daten aus mehr als einem einzigen Bereich des Gehirns zu erfassen. So zum Beispiel aus angrenzenden Hirnarealen – dies aber auf demselben winzigen Implantat", erklärt Scheffler weiter. „Die Skalierbarkeit der verwendeten Technologie ermöglicht darüber hinaus auch die Integration weiterer Messmodalitäten wie z.B. elektrophysiologischer oder optogenetischer Sensoren im selben Implantat“, ergänzt Anders.

Die Teams aus Tübingen und Stuttgart sind sehr zuversichtlich, dass ihr technischer Ansatz dazu beitragen kann, die komplexen physiologischen Prozesse neuronaler Netzwerke des Gehirns präzise zu erfassen und zusätzliche Merkmale zu entdecken, die noch tiefere Einblicke in die komplexe Funktionalität des Gehirns ermöglichen.

Mit dem Ziel, neue Technologien zu entwickeln, die in der Lage sind, die strukturelle und biochemische Zusammensetzung des Gehirns zu verstehen, ebnet diese neueste Innovation den Weg für zukünftige hochspezifische Kartierungstechniken, bioenergetische Prozesse in Gehirnzellen und die Aktivität und Aufgabe einzelner Neuronen zu verstehen.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Jetzt Infos anfordern

News weiterempfehlen PDF Ansicht / Drucken

Teilen bei

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Implantate
  • Neuronen
  • Nervenzellen
  • Magnetresonanztomographie
  • Gehirn
  • Kernspintomographie
Mehr über MPI für biologische Kybernetik
  • News

    Krebsfrüherkennung mit Glukose

    Im Februar fiel in London der Startschuss für ein EU-Projekt zur Verbesserung der Tumordiagnostik mittels Magnetresonanztomografie (MRT), das mit 5,8 Millionen von der EU gefördert wird. Beteiligt ist auch Prof. Klaus Scheffler, Leiter der Abteilung für Hochfeld-Magnetresonanz am Max-Planck ... mehr

    Funktionelle Magnetresonanztomographie unter der Lupe

    Max-Planck-Wissenschaftler enthüllen laminare Unterschiede der neurovaskulären Kopplung zwischen dem positiven und negativen BOLD Signal. Die Großhirnrinde spielt eine entscheidende Rolle bei unserer Sinneswahrnehmung. Sie besteht aus sechs verschiedenen Schichten, die sich sowohl anatomisc ... mehr

    Mobile Mikroskope blicken ins Gehirn

    Mit Hilfe von Mikroskopen und Magnetresonanztomographen können Wissenschaftler und Ärzte einen Blick in unser Gehirn werfen. Jedoch nur, wenn wir ganz still halten und uns nicht bewegen. Da dies keine normale Verhaltensweise ist, ist die Aussagefähigkeit dieser Methoden im Bezug auf das Ver ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft
Mehr über Uni Stuttgart
  • News

    Neue Erkenntnisse zur Replikation

    Die Fähigkeit zur Weitergabe von genetischer Information ist eine Grundvoraussetzung für das Leben. Damit bei einer Zellteilung jede Tochterzelle die notwendige genetische Information erhält, muss sich die DNA der Zelle, die Trägerin der genetischen Information, zunächst verdoppeln. Diese R ... mehr

    Präziserer Blick auf die Entstehung von Krankheiten

    Der Forschungsgruppe von Prof. Albert Jeltsch am Institut für Biochemie und Technische Biochemie der Universität Stuttgart ist es erstmals gelungen, epigenetische Informationen des Erbguts an lebendigen Zellen auszulesen. Dies wird es ermöglichen, die Entstehung von Krankheiten und andere b ... mehr

    Auf dem Weg zu empfindlicheren Sensoren

    Verschränkte Lichtzustände ermöglichen die Erhöhung der Sensitivität in der optischen Interferometrie, einer Messmethode in der Physik. Hierfür benötigt man sogenannte pfadverschränkte Photonenzustände in zeitlich wohl definierten Pulsen. Bisher war die Erzeugung solcher Zustände jedoch nur ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.