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Neue Trends bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs)

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Geralt/Pixabay

Quelle: Geralt/Pixabay

Wir leben in spannenden Zeiten an der Schnittstelle von künstlicher Intelligenz (KI) und Neurowissenschaften. Der Trend bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) geht zu flexiblen, weniger invasiven Geräten, die die Gehirnaktivität über lange Zeiträume aufzeichnen können. Aufgrund der kombinierten Leistungsfähigkeit von KI-Software- und Hardwareinnovationen in der Neurotechnologie entstehen schnell neue Arten von Gehirn-Computer-Schnittstellen. Kürzlich spiegeln zwei neue Gehirn-Computer-Schnittstellen diesen Trend wider und wurden von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für klinische Studien beschleunigt.

Laut Grand View Research wird der Markt für Gehirn-Computer-Schnittstellen bis 2027 voraussichtlich 3,7 Milliarden US-Dollar erreichen und im Zeitraum 2020-2027 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,5 % wachsen. Gehirn-Computer-Schnittstellen sind eine relativ moderne Technologie, die bis in die 1970er Jahre mit der Veröffentlichung von „Toward Direct Brain-Computer Communication“ in der zurückreicht Jährliches Journal für Biophysik und Biotechnik von Jacques Vidal am Brain Research Institute der University of California in Los Angeles (UCLA). KI-Mustererkennungsfunktionen entschlüsseln komplexe Gehirnaktivitäten und wandeln sie in digitalisierte Befehle zur Bedienung von Computern, Prothesen und anderen externen Geräten um.

Das FDA Breakthrough Devices-Programm ermöglicht Herstellern die Zusammenarbeit mit FDA-Experten während der Premarket-Review-Phase und bietet eine vorrangige Prüfung von Einreichungen. Ziel ist es, Patienten einen früheren Zugang zu Medizinprodukten und Kombinationsprodukten zu ermöglichen, die lebensbedrohliche oder irreversibel schwächende Krankheiten und Zustände diagnostizieren oder behandeln, indem der Entwicklungs-, Bewertungs- und Überprüfungsprozess beschleunigt wird.

Im vergangenen Monat erhielt ein 2021 gegründetes Neurotech-Startup namens Axoft von der FDA den Breakthrough Device-Status für sein bioinspiriertes Gehirn-Computer-Schnittstellenimplantat, das eine chronische Kommunikation mit dem Nervensystem ermöglicht, das sich nahtlos in das Gehirngewebe integrieren lässt. Was Axoft von anderen Unternehmen für Gehirn-Computer-Schnittstellen unterscheidet, ist sein weiches, flexibles Polymermaterial, das die Glianarbenbildung drastisch reduziert und gleichzeitig eine hohe Dichte an Elektroden beibehält, die dauerhaft in das zentrale Nervensystem implantiert werden können. Darüber hinaus behauptet das Startup, eine Elektrodendichte zu haben, die 1.000-mal höher ist als bei bestehenden flexiblen Sonden und 10.000-mal flexibler als bestehende flexible Elektronik.

Die Neurotechnologie von Axoft wurde aus der Arbeit des Mitbegründers und wissenschaftlichen Beraters Jia Liu, PHD, und Assistenzprofessor an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences, entwickelt. Anfang dieses Jahres veröffentlichten er und ein Team der Harvard University eine Studie in Fortgeschrittene Werkstoffe Demonstrieren der nahtlosen und nicht-invasiven Paarung von Neuronen mit Elektroden zur Durchführung einer langfristigen ununterbrochenen Aufzeichnung und Erfassung von Einzelzell-Aktionspotentialen aus einem Gehirnorganoid menschlicher induzierter pluripotenter Stammzellen unter Verwendung von Arrays erweiterbarer Elektroden.

„Integrierte, dehnbare Elektrodenarrays im Gewebemaßstab zeigen keine Unterbrechung der Entwicklung von Gehirnorganoiden, nehmen Volumen- und morphologische Veränderungen während der Organogenese von Gehirnorganoiden auf und stellen während der Entwicklung lang anhaltende stabile elektrische Kontakte mit Neuronen in Gehirnorganoiden her“, berichteten Liu und sein Team . Studie Co-Autoren an der Harvard University.

Im August 2022 wurde die revolutionäre Gehirn-Computer-Schnittstelle Stentrode von Synchron einem Amerikaner im Mount Sinai Health System in New York City im Rahmen der klinischen Studie COMMAND US von Synchron implantiert. Was die Stentrode revolutionär macht, ist, dass sie per Katheter zugeführt und über die Jugularvene in den Körper eingeführt und dann zum Sinus sagittalis superior geführt wird, einem großen Gefäß, das zwischen den beiden Gehirnhälften verläuft. Darüber hinaus verschlechtert sich die Signalqualität der Stentrode im Laufe der Zeit nicht, was ein großes Potenzial als chronisches Langzeitimplantat zeigt.

„Dies ist eine unglaubliche Innovation in der Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie“, sagte COMMAND-Hauptforscher David Putrino, Ph.D., PT, Direktor für Rehabilitationsinnovation für das Mount Sinai Health System und außerordentlicher Professor für Rehabilitationsmedizin an der Icahn School of Medicine am Berg Sinai. „Ich denke, wir werden viele Menschen sehen, die diesem Beispiel folgen, weil es eine neue Möglichkeit ist, auf die Gehirnaktivität zuzugreifen und sie aufzuzeichnen.“

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