Page 169 - HTW_25_Jahre_Forschung

Interfaces invasiver implantierbarer Mikroelektroden für
eine intuitive Steuerung ist Gegenstand der
Elektroden stellen die leitfähige Verbindung gegenwärtigen Forschung.
zwischen einem technischen System und dem
biologischen Gewebe her. Mit ihnen lassen sich Kortikale Applikation
sowohl bioelektrische Aktivitäten erfassen als
auch neuronale Strukturen elektrisch stimulie- Kortikale Aktivitäten lassen sich beispielsweise
ren. Ihre Selektivität nimmt mit der Invasivität mit einem im motorischen Kortex implantierten
ihrer Applikation zu . Ist eine hohe Selektivi- Utah Array erfassen. Dieses Elektrodenarray
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tät der Signalerfassung erforderlich, werden besteht aus 100 jeweils 1 mm langen Einzel-
implantierbare Mikroelektroden eingesetzt. So elektroden. Die Erstimplantation fand im Oktober
wird es möglich, dass mit modernen bionischen 2004 statt. Bereits nach wenigen Tagen war
Handprothesen die Finger einzeln ansteuerbar der Patient in der Lage, einen Kursor auf einem
und verschiedene Kraft- und Präzisionsgriffe mit Monitor zu steuern . Um auch tiefere zerebrale
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bis zu 16 Freiheitsgraden realisierbar werden. Schichten zu erreichen, kann durch Variation der
technologischen Prozesse die Länge der Einzel-
Für die intuitive Steuerung einer Handprothese elektroden verändert werden .
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müssen die bewegungsvorbereitenden Biosigna-
le erfasst werden. Diese bioelektrischen Signale Nervale Applikation
lassen sich entlang der gesamten motorischen
Bahn mit Elektroden ableiten (s. Abbildung 1) . Zu Für ein Interface zum peripheren Nervensystem
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ihnen gehören, neben den zerebralen Signalen gibt es viele unterschiedliche Designs an implan-
des motorischen Kortex, die über das periphere tierbaren Mikroelektroden. Zu ihnen gehören
Nervensystem weitergeleiteten Aktivitäten und Cuff-, Schaft- und Sieb-Elektroden . Oftmals
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die Innervationsmuster der sich kontrahierenden bildet eine dünne, sehr flexible Polyimidschicht
Muskulatur. den Träger einer Elektrodenstruktur, auf der pho-
tolithographisch Leiterbahnen und Elektroden-
kontakte aus Gold oder Platin gestaltet werden .
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Um den Übergangswiderstand zum Gewebe zu
vermindern und die übertragbare Ladung bei
der Stimulation ohne irreversible Vorgänge an
der Phasengrenze zu erhöhen, wird die Oberflä-
che der Elektrodenkontakte mit porösem Platin
überzogen.

Zur selektiven Erfassung der Aktionspotentiale
einzelner Nervenfasern wurde die Dünn-Film
Longitudinal Intrafascikuläre Elektrode (tf-LIFE,
thin film – Intrafascicular Electrode) entwickelt
(s. Abbildung 2) 1, 9, 10 . Auf einer Schlaufe befinden
sich 8 Elektrodenkontakte. Eine zweite Schlaufe
mit einer Wolframnadel dient als Implantations-
Abb. 1: Möglichkeiten einer intuitiven Steuerung einer Handprothese tool, um die Elektrode durch den peripheren Nerv
entlang der motorischen Bahn, aus : 3 zu ziehen. Die so erfassten Signale erlauben die
a) Motorischer Kortex Dekodierung der darin enthaltenen Bewegungs-
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b) Peripherer Nerv information .
c) Muskulatur (Epimysium)
d) Muskulatur (Haut) Vier dieser Elektroden wurden erstmals im
Herbst 2008 einem 24-jährigen Patienten
implantiert. Mit den so erfassbaren 32-kanali-
gen Aktivitäten des N. medianus und N. ulnaris
State of the Art ist die Erfassung des EMG mit- konnte er während des 24-tägigen Proof of Con-
tels Oberflächenelektroden. Erlernte Kontrak- cept jeden einzelnen Finger einer Handprothese
tionen der Muskulatur ermöglichen das Öffnen gezielt bewegen .
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und Schließen der Handprothese und nach
167 Co-Kontraktion eine Drehbewegung. Der Einsatz