Forscher der University of Texas at Austin haben Elektroden für die Elektroenzephalographie (EEG) entwickelt, die Patienten auf dem Kopf tragen können, um die Gehirnaktivität zu überwachen. Das EEG-Elektrodensystem fungiert als Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI), die durch Gehirnsignale gesteuert werden kann, um bei der Reparatur von durch Schlaganfall und andere Krankheiten verursachten Hirnschäden zu helfen.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Biosensors and Bioelectronics veröffentlicht. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Elektroden bis zu vier Wochen ohne ärztlichen Eingriff bequem und stabil getragen werden können. Dies ist eine enorme Verbesserung gegenüber bestehenden Elektroden, die normalerweise alle paar Stunden oder höchstens Tage ausgetauscht werden müssen.
Huiliang (Evan) Wang, Assistenzprofessor in der Abteilung für Biomedizinische Technik an der Cockrell School of Engineering und einer der Projektleiter, sagte: „Wir hoffen, dass die Menschen dieses Gerät für längere Zeit zu Hause tragen können, wo sie sich rehabilitieren können Ohne wochenlang jeden Tag in die Klinik oder Reha gehen zu müssen, ist es noch herausfordernder, wenn man sich von einem Schlaganfall erholt."
Es gibt zwei Haupttypen von aktuellen EEG-Elektroden, trockene und nasse, aber keine dieser Elektroden eignet sich gut für eine kontinuierliche Langzeitüberwachung. Nasselektroden auf Gelbasis eignen sich besser zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität, erfordern jedoch mehr Wartung als Trockenelektroden.
Diese neue Elektrode nutzt die Vorteile von Nass-Gel-Elektroden und eliminiert wesentliche Nachteile wie ihre Neigung zum Austrocknen und dann zum Abfallen.
Beim Menschen werden Elektroden angebracht. Quelle: Universität von Texas in Austin
Die Forscher gingen mit dieser Idee noch einen Schritt weiter, indem sie leitfähige Polymere mit Polymeren mit hohem Wassergehalt kombinierten. Dadurch konnten sie die Vorteile des Materials auf Gelbasis nutzen, hauptsächlich aufgrund von Interferenzen, die durch Haut und Haare verursacht werden, ein Konzept, das als Elektroden-Haut-Impedanz bekannt ist.
Das Elektrodensystem zeichnet die Gehirnaktivität auf, z. B. wenn das Gehirn einer Hand sagt, dass sie sich bewegen soll. Ein Schlaganfall kann jedoch Nervenbahnen zwischen Körperteilen unterbrechen, was es schwieriger macht, Maßnahmen zu signalisieren. Die Kombination aus einer Gehirn-Computer-Schnittstelle und funktioneller elektrischer Stimulation kann die Idee, einen Körperteil zu bewegen, in eine Aktion verwandeln, die das Zielgebiet dazu stimuliert, Gehirnbefehle auszuführen. Dieser Ansatz kann dazu beitragen, die Kommunikationswege zwischen dem Gehirn und anderen durch einen Schlaganfall geschädigten Körperteilen wieder aufzubauen.
Demonstration der Kombination von POLiTAG-Elektroden mit einem drahtlosen Einkanal-EEG-Gerät
„Diese neuen EEG-Elektroden haben das Potenzial, den Bereich der nicht-invasiven EEG-Schnittstellen zu revolutionieren, die derzeit bei jeder Einrichtung des Systems umfangreiche Expertenunterstützung erfordern“, sagte Forscher Del Millán. „Darüber hinaus erfordert die Beherrschung von BCI und die Induktion der funktionellen Erholung und der Plastizität des Gehirns ein Fachtraining, und ein permanentes System, das Menschen den ganzen Tag über autonom nutzen können, wird das Potenzial dieser Technologie erhöhen.“
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, zu erweitern, wie lange die Elektroden getragen werden können und welche Arten von Aktivitäten diese tragbare EEG-basierte Gehirn-Computer-Schnittstelle erleichtern kann. Sie arbeiten auch an Anwendungen wie der Steuerung von Rollstühlen und der Bewegung von Prothesen.