BrainLinks-BrainTools Wissenschaftler erobern die USA

Für manch einen sind die USA unter Trump ein heißes Pflaster. Zurzeit vielleicht sogar ein zu heißes Pflaster. Nicht für Prof. Dr. Ulrich Hofmann, Peter-Osypka-Professor für Neuroelektronische Systeme am Universitätsklinikum Freiburg und Mitglied von BrainLinks-BrainTools. Für ihn geht der Spass jetzt erst richtig los. Denn er darf im Frühjahr 2018 erstmals eine Gordon Research Conference* (GRC) zum Thema “Neuroelectronic interfaces” in Galveston, Texas, leiten. Co-Chair wird mit Prof. Dr. Thomas Stieglitz ein Kollege aus der Mikrosystemtechnik sein, den treue Blog-Leser bereits von diesem und diesem Posting kennen. Klingt ja schon mal gut. Aber was hat es mit dieser Konferenz eigentlich auf sich und vor allem: was macht das Forschungsgebiet der Freiburger so interessant? Das und mehr fand Autor Levin Sottru in einem Gespräch mit Hofmann heraus.

*Die GRC gingen in den 1930er Jahren aus einer Summer School in Chemie an der Johns Hopkins University hervor und haben sich mit der Zeit in allen naturwissenschaftlichen Fächern etabliert. Besonders bekannt ist die Konferenzreihe unter Biologen. Die Beiträge werden regelmäßig in der renommierten Zeitschrift “Science” veröffentlicht.

Wie kam es zu der Ehre, eine Gordon Research Conference leiten zu dürfen?

Die Gordon Research Conferences (GRC) kenne ich eigentlich schon sehr lange. Ich habe von meinem Doktorvater zum ersten Mal davon gehört. Unsere Winterschulen an der TU München waren damals immer an deren Format angepasst. Die konkrete Zusammenarbeit kam aber viel später durch einen Zufall zustande. Ich bin 2015 als „Distinguished International Scholar“ an die University of Rhode Island an der amerikanischen Ostküste eingeladen worden. Dort waren die GRCs ein ständiges Thema. Erst am letzten Tag meines Aufenthalts bekam ich aber in einem Gespräch mit dem Präsidenten der Uni mit, dass sich das Verwaltungsbüro der GRC fast auf dem Campus befindet! Zu einem Vorsingen hat es nicht mehr gereicht, aber der Präsident legte ein gutes Wort für mich ein und ich durfte kurze Zeit später einen Antrag für neue Konferenzen 2018 und 2020 einreichen.

Worum wird es bei der Konferenz gehen und was ist das besondere daran?

Titel und Thema sind “Neuroelectronic interfaces”. Zum einen wird die Konferenz den Teilnehmern einen Überblick vermitteln, wo wir in punkto Gehirn-Computer-Schnittstellen heute stehen. Zum andern wollen wir einen Schwerpunkt auf Wechselwirkungen an der Oberfläche von Implantaten legen. Immer noch unbeantwortet ist zum Beispiel die Frage, warum wir nach ein paar Wochen Einsatz im Schädelinnern oft keine Aktionspotenziale mehr messen können. Mit diesem Problem schlägt sich letztlich jeder herum, der mit intrakraniellen Ableitungen arbeitet. Ich glaube, dass ich als Biophysiker und Neurotechniker vor allem vom Austausch mit Materialwissenschaftlern und Neuropathologen profitieren kann. Deshalb will ich für die Konferenz gezielt Referenten und Teilnehmer aus diesen Fachbereichen gewinnen. Das Besondere an den Gordon Research Conferences ist das Anliegen, keine weitere “Pets and Ponies”-Show abzuliefern, bei der jeder nur von den Dingen berichtet, die er schon in vielen anderen Beiträgen abgehandelt hat, sondern dass gerade „off the record” über unpublizierte Themen gesprochen wird.

Wo stehen wir fachlich denn aktuell?

Man muss hier unterscheiden zwischen experimentellen und klinischen, am Menschen erprobten Anwendungen. “State of the Art” sind auf der experimentellen Seite sicher die Vielkanalableitungen mit Siliziumsonden und mit flexiblen Sonden. Seit neuestem werden auch Carbon-Nanofaser-Bündel verwendet. Ich bin gespannt, was davon als erstes den Weg zum Patienten finden wird. Klinisch tatsächlich im Einsatz sind heute nach wie vor Technologien aus den 1990er Jahren, etwa die sogenannten Utah Arrays, die man sich als Nagelbetten aus Silizium vorstellen kann. Um damit brauchbare Daten zu gewinnen, sind sehr große Verstärkersysteme nötig. Und trotzdem werden die Signale mit der Zeit immer schlechter. In den USA gibt es mittlerweile rund 15 Patienten, denen solche Arrays eingepflanzt wurden. Meistens wird ein großer Wirbel darum gemacht. Dabei darf man aber nicht vergessen, dass es eine ganze Crew braucht, um die Technik am laufen zu halten. Von einem praktikablen Einsatz sind wir also noch weit entfernt. Nur, wenn wir auch dieses Verfahren gründlich weiter entwickeln, ist meiner Meinung nach eine vernünftige klinische Anwendung möglich.

Was trägt Deine Arbeitsgruppe dazu bei?

Wir testen Sonden auf ihre Funktionalität und Langlebigkeit. Beispielsweise schauen wir uns im Tiermodell an, wie sich das Material beim Einwachsen verhält. Daneben spielt natürlich auch die Signalverarbeitung eine Rolle. Hier interessiert uns weniger die Datenanalyse, sondern eher das Einschreiben von Signalen mit Techniken wie Elektrostimulation. Im besten Fall merkt das Gehirn dabei gar nicht, dass es sich um fremden Input handelt. So versuchen wir beispielsweise einer Ratte mittels intrakranieller Mikrostimulation ihres sensorischen Kortex vorzuspiegeln, ihre Barthaare wären berührt worden. Ob es sich hierbei um eine Antwort auf die Stimulation oder eine echte Sinneswahrnehmung handelt, ist eine sehr spannende Frage. Interessanterweise arbeitet die klinische Methode der tiefen Hirnstimulation mit ähnlichen Stimulationsmustern und dass diese funktionieren, streitet niemand ab. Was dabei passiert, weiß aber keiner so genau. Biologische Artefakte – also Nervenaktivität, die von anderen Regionen ausgeht – sind wiederum ein anderes Thema der Signalverarbeitung. An erster Stelle stehen für mich aber gut laufende Systeme. Daher würde ich unsere Forschung zur Langlebigkeit als wichtigsten Beitrag bezeichnen.


Zum Titelbild: Im Labor von Ulrich Hofmann wurde unlängst ein Virtual Reality Labyrinth für Experimente mit Ratten aufgebaut. Momentan wird noch mit Gosig Råtta von IKEA trainiert. Fotograf: Levin Sottru

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