Nutzung von Körperfett zur neuronalen Kommunikation
Das Brain-Computer-Interface(öffnet in neuem Fenster) –Technologie (BCI) hat vielversprechende Anwendungen für die Wiederherstellung von Bewegungen und Empfindungen bei Menschen, die mit Lähmungen, neurologischen Krankheiten oder dem Verlust von Gliedmaßen leben. BCI ermöglichen die direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und einem externen Gerät, z. B. einem Roboterbein, sodass der Benutzende die Muskel- und Nervenbahnen umgehen und diese Geräte nur durch seine Gedanken steuern kann. Die gegenwärtigen Systeme werden jedoch entweder chirurgisch implantiert oder verwenden umständliche Drähte und invasive Anschlüsse, die das Infektionsrisiko erhöhen.
Kommunikation innerhalb des Körpers über Fett
Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts B-CRATOS(öffnet in neuem Fenster) eine bahnbrechende Technologie entwickelt, die als „Fat Intra-Body Communication” (FAT-IBC) bezeichnet wird. Diese neuartige Plattform nutzt menschliches Körperfett als sicheres und effizientes Medium zur Übertragung neuronaler Signale in bisher unerreichter Geschwindigkeit. „Unser Ziel war es, die physischen Barrieren zu beseitigen, die die heutigen BCI einschränken, und gleichzeitig den hohen Datendurchsatz aufrechtzuerhalten, der für natürliche Bewegungen und sensorisches Feedback erforderlich ist“, erläutert Projektkoordinator Robin Augustine. Das B-CRATOS-Team entdeckte, dass Fettgewebe dank seiner im Vergleich zu Muskeln und Haut geringen Permittivität und Leitfähigkeit als natürlicher Wellenleiter für Mikrowellensignale fungiert. Implantierbare Elektronik, die mit neuronalen Schnittstellen-Arrays verbunden ist, erfasst und digitalisiert Gehirnsignale und überträgt diese durch diese Fettschicht mit einer Geschwindigkeit von über 32 Mbs. Das System kommt ohne sperrige Batterien aus, da es eine drahtlose Energieübertragung nutzt, die langfristige Sicherheit und Biokompatibilität gewährleistet.
Sichere Kommunikation im gesamten Körper
Um die technische Durchführbarkeit zu bewerten, führte das Konsortium eine Reihe von Labor- und Phantomstudien zur Simulation von Fettgewebe durch. Diese Experimente(öffnet in neuem Fenster) haben gezeigt, dass Körperfett eine sichere Übertragung mit hoher Bandbreite ermöglicht und als zuverlässiges Kommunikationsmedium dienen kann. Die B-CRATOS Plattform wurde für eine bidirektionale Kommunikation entwickelt, die sowohl die Ausführung von motorischen Befehlen als auch die Bereitstellung von sensorischem Feedback in Echtzeit ermöglicht. Diese doppelte Fähigkeit ist für Prothesen, die nicht nur willkürliche Bewegungen, sondern auch taktile Empfindungen und Propriozeption wiederherstellen sollen, unabdingbar. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen bietet FAT-IBC mehrere Vorteile. Es macht perkutane Konnektoren überflüssig, arbeitet ohne interne Batterien und ermöglicht eine geschickte Steuerung mit den Fingern. Darüber hinaus wird durch die Integration von Algorithmen des maschinellen Lernens die adaptive Dekodierung optimiert, wodurch intuitivere und natürlichere Bewegungen möglich werden.
Anwendungen und Zukunftsaussichten
Obwohl die tiefgreifendste Anwendung von FAT-IBC die Neuroprothetik ist, sind die Implikationen weitaus umfassender. Über FAT-IBC hinaus hat das B-CRATOS-Konsortium mehrere Grundlagentechnologien vorangetrieben, die von adaptiven Decodern für maschinelles Lernen bis hin zu energieeffizienten Implantat-Architekturen reichen und sicherstellen, dass das Projekt nicht nur einen einzigen Durchbruch, sondern eine Grundlage für Innovationen für medizinische Geräte der nächsten Generation liefert. Die B-CRATOS Technologie legt den Grundstein für interoperable Implantat-Ökosysteme, in denen Geräte zur Herzüberwachung, intelligenten Medikamentenverabreichung, Neuromodulation oder sogar bioelektronischen Medizin nahtlos miteinander kommunizieren können. „Unsere Technologie eröffnet eine neue Ära der Medizinprodukte-Ökosysteme, in denen Implantate und tragbare Geräte zusammenarbeiten, um Krankheiten zu überwachen, zu behandeln und sogar zu verhindern“, betont Augustine. Die modulare Architektur der Plattform bietet einen einzigartigen Vermarktungsvorteil, da ihre einzelnen Teile (drahtlose Kommunikation, Energieübertragung, neuronale Dekodierung und biokompatible Elektronik) unabhängig voneinander ausreifen und verschiedene Gesundheitsmärkte ansprechen können. Zu den künftigen Zielen gehört der Einsatz des Systems in der Neuromodulation zur Behandlung von chronischen Schmerzen und in der Rehabilitation. Langfristig soll ein Netz intelligenter Implantate entstehen, die eine kontinuierliche Überwachung und personalisierte Medizin ermöglichen. Augustinus stellt abschließend fest: „B-CRATOS ist mehr als ein BCI, es ist eine Plattform, die neu definiert, wie Implantate kommunizieren, und die Infrastruktur für vernetzte Gesundheitslösungen schafft, von denen Millionen Menschen profitieren werden.“
