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Biomedizin: Künstliches Neuron soll Erkrankungen heilen

Ein internationales Forscherteam hat einen implantierbaren Silikonchip entwickelt, der mit noch nie da gewesener Präzision das Verhalten echter Nervenzellen simuliert. Schon lange arbeiten Mediziner daran, künstliche Neurone zu entwickeln und so etwa neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimerdemenz besser therapieren zu können. Doch bisher war es nicht gelungen, die komplexen Reiz-ReaktionsMuster von Nervenzellen exakt vorherzusagen. Denn die Signalübertragung durch Ionenkanäle ist nichtlinear und dynamisch; bisherige Modelle haben dies nur unzureichend und vereinfacht darstellen können.

Die Arbeitsgruppe um Alain Nogaret von der University of Bath hat die Vorhersagemodelle so optimiert, dass ihre Chips Neurone im Hippocampus von Ratten annähernd perfekt simulieren – und das bei extrem geringem Energieverbrauch. Die Schaltkreise sind außerdem darauf programmiert, auf eine riesige Bandbreite verschiedener Signale und auf Biofeedback zu reagieren.

Den Studienautoren zufolge eignen sie sich damit bestens als medizinische Implantate – zum Beispiel als Schrittmacher bei Herzfehlern: denn die Forscher konnten mit ihrer Entwicklung Neurone im Atemzentrum von Ratten simulieren. Diese befinden sich im Hirnstamm und koppeln den Atem- mit dem Herzrhythmus. Im Zuge des Alterungsprozesses oder einer Erkrankung kann diese Kopplung gestört sein, was zu Schlafapnoe oder Herzversagen führen kann. Die künstlichen Nervenzellen könnten hier in Zukunft einspringen und den gemeinsamen Rhythmus über Biofeedback wiederherstellen, so die Vorstellung der Wissenschaftler.

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  • Quelle
Nature Communications 10.1038/s41467-019-13177-3, 2019