Quantensensoren ermöglichen Hirnmessungen in Bewegung

Was geschieht im Gehirn bei einem epileptischen Anfall, nach einem Schlaganfall oder bei Parkinson-Erkrankungen? Solche Fragestellungen waren bislang schwer zu untersuchen, da Patientinnen und Patienten während der Messungen möglichst still liegen mussten. Mit der Optisch gepumpten Magnetoenzephalographie (OPMEG) sind nun Hirnmessungen auch in Bewegung möglich. An der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn wird dafür eine neue Forschungsinfrastruktur aufgebaut.

Prof. Dominik Bach, Hertz-Professor für Künstliche Intelligenz und Neurowissenschaften, errichtet die OPMEG-Infrastruktur auf dem Campus des Universitätsklinikums Bonn (UKB). Das Projekt wird in den kommenden drei Jahren mit fast vier Millionen Euro aus dem EFRE/JTF-Programm der Europäischen Union sowie durch die Landesregierung Nordrhein-Westfalen gefördert.

Die neue Anlage entsteht im Untergeschoss des Life & Brain-Gebäudes der Universitätsmedizin Bonn. Bei der OPMEG werden die Magnetfelder gemessen, die durch winzige elektrische Ströme aktiver Gehirnzellen entstehen. Ein spezieller Helm mit Sensoren erfasst diese Signale innerhalb einer abgeschirmten Kabine, die äußere Störeinflüsse wie das Erdmagnetfeld reduziert.

„Im Gegensatz zu klassischen Messverfahren wie Kernspintomographie oder traditionelle Magnetoenzephalographie können sich die Personen während der Messung bewegen“, beschreibt Prof. Dominik Bach den Vorteil des Verfahrens. „Darüber hinaus sind im Vergleich zum EEG viel genauere Messungen möglich.“

Die OPMEG erlaubt es, sowohl unwillkürliche Bewegungen von Patientinnen und Patienten mit Epilepsie oder Parkinson als auch gezielte Bewegungen gesunder Personen zu untersuchen. Die Forschenden analysieren dabei charakteristische Rhythmen der Hirnaktivität, etwa bei räumlicher Navigation oder in simulierten Gefahrensituationen.

Für diese Studien hat das Team um Prof. Bach eine OPMEG-kompatible VRBrille entwickelt, mit der reale Umgebungen in virtueller Realität abgebildet werden können. Eine Untersuchung dauert im Durchschnitt bis zu 90 Minuten und kombiniert Hirnmessungen mit weiteren Sensoren, etwa zur Erfassung von Puls oder Bewegung.

„Die OPMEG erlaubt es auch, Hirnmessung sowie Verhaltens- und Bewegungsstudien miteinander zu kombinieren“, sagt Bach. „Dies war vorher nicht oder nur mit sehr viel niedrigerer Datenqualität möglich.“ Weitere Einsatzfelder reichen von der Untersuchung leichter traumatischer Hirnverletzungen über Schlaganfälle bis hin zur Entwicklung von GehirnComputer-Schnittstellen.

Kern der Infrastruktur sind rund 100 Quantensensoren, die extrem schwache Magnetfelder messen können, etwa eine Million Mal schwächer als das Erdmagnetfeld. Damit bietet die OPMEG neue Perspektiven für die medizinische Forschung und die Medizintechnik.

COMPAMED.de; Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn