Im Jahr 2004, André Geim und Konstantin Novoselov von der Universität Manchester in England gelang ein Durchbruch, indem sie erstmals Graphen isolierten. Graphen ist eine flache Form von Kohlenstoff, die aus einer einzigen Atomschicht besteht. Es ist das dünnste bekannte Material und eines der stärksten. Es wurde als Wundermaterial gefeiert und brachte Geim und Novoselov 2010 den Nobelpreis ein.
Zwanzig Jahre später hält Graphen endlich Einzug in Batterien, Sensoren, Halbleiter, Klimaanlagen und sogar Kopfhörer. Und jetzt wird es an den Gehirnen von Menschen getestet.
Heute Morgen haben Chirurgen der Universität Manchester vorübergehend ein dünnes, bandartiges Graphenimplantat auf der Kortikalis des Patienten, der äußersten Schicht des Gehirns, platziert. Die von der spanischen Firma InBrain Neuroelectronics hergestellte Technologie ist eine Art Gehirn-Computer-Schnittstelle, ein Gerät, das Gehirnsignale sammelt und dekodiert. InBrain ist eines von mehreren Unternehmen, darunter Neuralink von Elon Musk, die BCIs entwickeln.
„Wir wollen ein kommerzielles Produkt entwickeln, das das Gehirn entschlüsseln und kartieren kann und das bei der Behandlung verschiedener Erkrankungen eingesetzt werden könnte“, erklärt Carolina Aguilar, CEO und Mitbegründerin von InBrain.
Brain Mapping ist eine Technik zur Planung von Gehirnoperationen. Bei der Entfernung eines Gehirntumors platzieren Chirurgen beispielsweise Elektroden am Gehirn, um die Position der motorischen und sprachlichen Funktionen im Gehirn zu bestimmen, sodass der Tumor sicher entfernt werden kann, ohne dass die Fähigkeit des Patienten, sich zu bewegen oder zu sprechen, beeinträchtigt wird.
Das Implantat wurde während der Operation 79 Minuten lang eingesetzt. Der Patient unterzog sich bereits einer Gehirnoperation zur Entfernung eines Tumors und stimmte dem Experiment zu. Während dieser Zeit beobachteten die Forscher, dass das InBrain-Gerät in der Lage war, mit Mikrometergenauigkeit zwischen gesundem und krebsartigem Gehirngewebe zu unterscheiden.
An der Universität Manchester findet die erste Humanstudie von InBrain statt, bei der das Graphengerät an bis zu zehn Patienten getestet wird, die sich aus anderen Gründen bereits einer Gehirnoperation unterziehen. Ziel der vom Flaggschiffprojekt Graphen der Europäischen Kommission finanzierten Studie ist es, die Sicherheit von Graphen im direkten Kontakt mit dem menschlichen Gehirn zu demonstrieren.
David Coope, der Neurochirurg, der die Operation durchgeführt hat, erklärt, dass das InBrain-Gerät flexibler als eine herkömmliche Elektrode sei und sich dadurch besser an die Oberfläche des Gehirns anpassen könne. „Aus chirurgischer Sicht bedeutet das, dass wir es wahrscheinlich an Stellen platzieren können, an denen es schwierig wäre, eine Elektrode zu platzieren“, erklärt er. Die Hauptelektroden für die Hirnkartierung sind in Silizium eingelegte Platin-Iridium-Scheiben. „Sie sind also einigermaßen steif“, sagt Coope.
Im Gegensatz dazu handelt es sich beim InBrain-Gerät um eine transparente Folie, die auf der Oberfläche des Gehirns platziert wird. Es ist halb so dick wie ein menschliches Haar und enthält 48 winzige Graphen-Dekodierungselektroden mit einer Größe von jeweils nur 25 Mikrometern. Das Unternehmen entwickelt einen zweiten Implantattyp, der in Gehirngewebe eindringt und eine präzise elektrische Stimulation abgeben kann.
Das Oberflächengerät allein kann für die Kartierung des Gehirns verwendet werden, aber Aguilar sagt, dass das Unternehmen auch die beiden Geräte integriert und plant, sie schließlich gemeinsam zur Behandlung neurologischer Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit zu testen.