Ein winziger, etwa vier mal zwei Millimeter grosser Chip der EPFL soll künftig gezieltere Hirnstimulationen zur Behandlung psychischer Erkrankungen ermöglichen. Das System misst die Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen und kann daraus kognitive und emotionale Zustände ableiten, wie die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne mitteilte.
Funktionsweise und technische Details
Der Logsync genannte Chip erfasst elektrische Hirnsignale und analysiert, wie stark und synchron die Aktivität verschiedener Hirnregionen ist. Ein Algorithmus für maschinelles Lernen wertet diese Muster aus, unterscheidet verschiedene Zustände und kann darauf basierend Signale für eine gezielte elektrische Stimulation auslösen. Der Chip verarbeitet die Signale mit einem Stromverbrauch von weniger als 200 Mikrowatt, wodurch er sich für den Einsatz in implantierbaren Systemen mit wenig Energie eignet.
Bisherige Systeme zur tiefen Hirnstimulation passen ihre Impulse häufig nicht laufend an die Hirnaktivität an, während auch adaptive Systeme oft nur die Aktivität einer einzelnen Hirnregion messen.
Mögliche Anwendungen bei psychischen Erkrankungen
Forschende sehen in dem System einen möglichen Fortschritt für die Behandlung von schweren Depressionen, posttraumatischen Belastungsstörungen und Zwangsstörungen, bei denen Störungen in der Kommunikation zwischen Hirnregionen eine wichtige Rolle spielen könnten. Das Forschungsteam unter der Leitung von Mahsa Shoaran testete den Chip anhand von Hirnsignalen aus früheren Untersuchungen mit Menschen, wobei der Algorithmus Veränderungen der kognitiven Beteiligung bei einer Denkaufgabe sowie emotionale Erregung beim Betrachten von Videoclips unterscheiden konnte. In Versuchen mit Ratten an der Universität Minnesota löste das System zudem Stimulationsimpulse zu bestimmten Phasen der Hirnaktivität aus.
Nächste Schritte
Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachjournal «IEEE Journal of Solid-State Circuits» veröffentlicht. Bis zu einer klinischen Anwendung des neuen Chips bei psychiatrischen Erkrankungen sind jedoch noch weitere Entwicklungsschritte nötig.
