InAuka II - Entwicklung von neuartigen Multikontakt-Mikroelektroden für die chronische Ableitung und Stimulation neuronaler Aktivität
Kurzfassung:
Im Rahmen des Projektes InAuKa II mit dem vollständigen Titel „Interareale Phasenkohärenz als Mechanismus für aufmerksamkeitsabhängige Weiterleitung neuronaler Signale: Eine modellgeführte Kausalanalyse unter Verwendung neuartiger Multikontakt-Floating-Elektroden für die intrakortikale chronische Stimulation und Ableitung von Primaten“ werden am IMSAS chronisch implantierbare Mikroelektroden entwickelt und hergestellt, mit denen ein hochauflösender experimenteller Zugang zu dem neuronalen Netzwerk im Kortex ermöglicht werden soll.
Projektbeschreibung:
Das Gehirn besteht aus großen und dicht verbundenen neuronalen Netzwerken. Abhängig von Kontext, Verhaltensaufgabe und selektiver Aufmerksamkeit, werden Subnetze so selektiert, dass spezifische Verarbeitungsleistungen erbracht werden, die zu adaptivem Verhalten führen. Dabei werden sensorische Signale selektiv durch das Gehirn geleitet. Dieses ist besonders deutlich im visuellen System während selektiver Aufmerksamkeit. Dies stellt eine Herausforderung für unser Verständnis der Schaltmechanismen im Gehirn dar. Während die Hypothese, dass kohärente Oszillationen der selektiven Weiterleitung von Information durch den Kortex zugrunde liegen, konsistent ist, fehlt nach wie vor ein Modell, das alle experimentellen Daten aufgreift und integriert. Insbesondere ist nicht entschieden, ob Synchronisation tatsächlich kausal verantwortlich für den Schaltmechanismus ist. In diesem Projekt kooperieren Neurobiologen, Theoretiker und Ingenieure, um diese Fragen zu untersuchen. Für die Verbesserung des experimentellen Zugangs zu den untersuchten Netzwerken und deren Kontrolle wird ein vollständig implantierbares, nahezu kraftfrei mit dem Kortex sich bewegendes Multikontakt-Elektrodenarray für chronische intrakortikale Messung und Stimulation bei Primaten parallel entwickelt, getestet und genutzt. Dies wird es ermöglichen, hochauflösende elektrische und visuelle Stimulation und Messung als kausale Instrumente für die direkte Manipulation möglicher Mechanismen einzusetzen, die der aufmerksamkeitsabhängigen Verarbeitung verhaltensrelevanter, wie der Unterdrückung irrelevanter Signale dienen. Die Resultate werden helfen, die grundlegenden dynamischen Eigenschaften der beteiligten Netzwerke zu charakterisieren und realistische Modelle für die Mechanismen zu erarbeiten.
Ansprechpartner:
Andreas Schander, M.Sc.
IMSAS, NW1, Raum O1110
Tel: +49 421 218 62590
E-mail: Kontakt
Das Projekt InAuKa wird finanziert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogrammes „Resolving and Manipulating Neuronal Networks in the Mammalian Brain - from Correlative to Causal Analysis“ (SPP 1665).
Offizielle Website:
http://www.spp1665.de/projects_interareal.html
Veröffentlichungen:
Schander, A.; Stemmann, H.; Kreiter, A.K.; Lang, W. Silicon-Based Microfabrication of Free-Floating Neural Probes and Insertion Tool for Chronic Applications. Micromachines 2018, 9, 131.
Pranti, A.S.; Schander, A.; Bödecker, A.; Lang, W. Highly Stable PEDOT:PSS Coating on Gold Microelectrodes with Improved Charge Injection Capacity for Chronic Neural Stimulation. Proceedings 2017, 1, 492.
Schander, A.; Stemmann, H.; Kreiter, A.K.; Lang, W. Demonstration of Intracortical Chronic Recording and Acute Microstimulation Using Novel Floating Neural Probes. Proceedings 2017, 1, 511.
Schander, A., et al. "Design and fabrication of novel multi-channel floating neural probes for intracortical chronic recording." Sensors and Actuators A: Physical (2016).
Link: http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.05.034
Schander, A., et al. "Design and fabrication of multi-contact flexible silicon probes for intracortical floating implantation." Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), 2015 Transducers-2015 18th International Conference on. IEEE, 2015.
Link: http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7181281
Rothe H, Stemmann H, Schander A, Lisitsyn D, Kreiter A, Lang W, Ernst U (2016) Analysis of neural signals from chronically implanted, novel multi-channel floating probes. Bernstein Conference 2016.
Link: https://abstracts.g-node.org/conference/BC16/abstracts#/uuid/582fa5b2-e8a3-4463-b2e3-d74f7d2dc041
Schander, A., Teßmann, T., Strokov, S., Stemmann, H., Kreiter, A. K., & Lang, W. (2016, August). In-vitro evaluation of the long-term stability of PEDOT: PSS coated microelectrodes for chronic recording and electrical stimulation of neurons. In Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2016 IEEE 38th Annual International Conference of the (pp. 6174-6177). IEEE.
Link: ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7592138/
Projektpartner Universität Bremen:
Prof. Dr. Andreas Kreiter
Institut für Hirnforschung, Abteilung Theoretische Neurobiologie http://www.brain.uni-bremen.de/
Dr. Udo Ernst
Institut für Theoretische Physik, Abteilung Neurophysik http://www.neuro.uni-bremen.de/