Projekt »NeuroQ«: Laserschwellen-Magnetometer für neuronale Kommunikations-Schnittstellen

Gehirn-Computer-Schnittstellen können gelähmten Menschen durch die Steuerung von Exoskeletten einen Teil ihrer Bewegungsfähigkeit zurückgeben. Von der Kopfoberfläche lassen sich komplexere Steuersignale bislang jedoch nicht auslesen, weil herkömmliche Sensoren hierfür nicht sensitiv genug sind. Dieser Herausforderung hat sich ein Verbund aus Fraunhofer IAF, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Universität Stuttgart und weiteren Industriepartnern angenommen. Im BMBF- Leuchtturmprojekt »NeuroQ« entwickeln die Projektpartner hochsensitive diamantbasierte Quantensensoren, die es Gelähmten ermöglichen sollen, neurale Exoskelette präziser zu steuern.  

Für Menschen, die beispielsweise aufgrund einer Rückenmarksverletzung, eines Schlaganfalls oder einer anderen Krankheit ihre Hände oder Beine nicht bewegen können, stellen sog. Brain-Computer Interfaces (BCIs) eine große Hoffnung dar: Diese Gehirn-Computer-Schnittstellen ermöglichen die Steuerung eines Gerätes allein mittels Hirnaktivität – so kann etwa ein Exoskelett nur durch die Vorstellung von einer Bewegung gesteuert werden. Damit bieten BCIs gelähmten Menschen die Chance, die Kontrolle über einen Teil ihrer Bewegungsfähigkeit wiederzuerlangen.

BCIs, die Hirnaktivität von der Kopfoberfläche messen, haben den Vorteil, dass sie Patienten einen aufwendigen und risikobehafteten chirurgischen Eingriff am Gehirn ersparen. An der Charité - Universitätsmedizin Berlin hat die Arbeitsgruppe Klinische Neurotechnologie bereits ein nicht-invasives BCI-System entwickelt, das es Menschen mit hoher Querschnittslähmung ermöglicht, mittels willkürlicher Veränderung ihrer Hirnströme, Alltagsgegenstände zu greifen. Trotz der beachtlichen Fortschritte ist es bislang jedoch nicht gelungen, komplexe Handbewegungen mit einem solchen nicht-invasiven System zu steuern. 

Neun Partner aus Forschung und Industrie entwickeln im Projekt »Laserschwellen-Magnetometer für neuronale Kommunikationsschnittstellen«, kurz »NeuroQ«, Quantensensoren, die so sensitiv sind, dass sie kleinste Magnetfelder, die durch Hirnströme entstehen, messen können. Diese Quantenmagnetometer sollen in ein BCI-System integriert werden und es damit Gelähmten ermöglichen, ein Hand-Exoskelett deutlich präziser als bislang zu steuern.

PROJEKTTITEL

NeuroQ – Laserschwellen-Magnetometer für neuronale Kommunikations-Schnittstellen

LAUFZEIT

2022 – 2027

FÖRDERMITTELGEBER

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Förderung im Rahmen des Programms »Leuchtturmprojekte der quantenbasierten Messtechnik zur Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen«, Förderkennzeichen: 13N16485

VERBUNDKOORDINATOR

Dr. Jan Jeske

ZIELE

• Integration von hochsensitiven Magnetometer auf der Basis von NV-Zentren in Diamant und Adaption auf den Anwendungsfall in BCI-Systemen
• Signifikante Weiterentwicklung der Technologie durch den Einsatz von Laserschwellen-Magnetometrie
• Anwendung des BCI-Systems von Patienten für eine verbesserte Exoskelett-Steuerung
• Demonstration der Stärken der neuen Sensoren mittels Magneto-Myographie (MMG) und Magneto-Enzephalographie (MEG)