Hirnchip könnte Behandlung psychischer Leiden verbessern
Ein winziger EPFL-Chip erkennt kognitive und emotionale Zustände anhand von Hirnsignalen. Das könnte künftig gezieltere Therapien ermöglichen.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Chip analysiert, wie verschiedene Hirnregionen miteinander kommunizieren.
- Er könnte künftig gezielte Hirnstimulationen bei psychischen Erkrankungen ermöglichen.
- Bis zu einem klinischen Einsatz sind weitere Entwicklungsschritte nötig.
Ein winziger Chip der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) kann die Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen messen. Daraus sollen kognitive und emotionale Zustände abgeleitet werden.
Das System könnte künftig gezieltere Hirnstimulationen zur Behandlung psychischer Erkrankungen ermöglichen.
Der rund vier mal zwei Millimeter grosse Chip namens Logsync erfasst elektrische Hirnsignale. Er analysiert, wie stark und synchron die Aktivität verschiedener Hirnregionen ist.
Depressionen und Zwangsstörungen könnten so behandelt werden
Ein Algorithmus für maschinelles Lernen wertet diese Muster aus und unterscheidet anhand davon verschiedene kognitive und emotionale Zustände. Erkennt das System bestimmte Zustände, kann es Signale für eine gezielte elektrische Stimulation auslösen.
Die Forschenden sehen darin einen möglichen Fortschritt für die Behandlung von Erkrankungen wie schweren Depressionen, posttraumatischen Belastungsstörungen und Zwangsstörungen.
Bei solchen Erkrankungen könnten Störungen in der Kommunikation zwischen Hirnregionen eine wichtige Rolle spielen, schreibt die EPFL.
Bisherige Systeme zur tiefen Hirnstimulation passen ihre Impulse häufig nicht laufend an die Hirnaktivität an. Auch adaptive Systeme messen oft nur die Aktivität einer einzelnen Hirnregion.
Das Forschungsteam um Mahsa Shoaran testete den Chip anhand von Hirnsignalen aus früheren Experimenten mit Menschen.
Weitere Entwicklungsschritte sind nötig
Dabei konnte der Algorithmus Veränderungen der kognitiven Beteiligung bei einer Denkaufgabe sowie emotionale Erregung beim Betrachten von Videoclips unterscheiden. In Versuchen mit Ratten an der Universität Minnesota löste das System zudem Stimulationsimpulse zu bestimmten Phasen der Hirnaktivität aus.
Der Chip verarbeitet die Signale mit einem Stromverbrauch von weniger als 200 Mikrowatt. Damit soll er sich für den Einsatz in implantierbaren Systemen eignen, bei denen nur wenig Energie zur Verfügung steht.
Die tiefe Hirnstimulation wird bereits zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson eingesetzt. Dabei werden Elektroden ins Gehirn implantiert, die elektrische Impulse abgeben. Die Anwendung bei schweren psychischen Erkrankungen wird ebenfalls erforscht.
Die Ergebnisse wurden im Fachjournal «IEEE Journal of Solid-State Circuits» veröffentlicht. Bis zu einer klinischen Anwendung des neuen Chips bei psychiatrischen Erkrankungen sind weitere Entwicklungsschritte nötig.
