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Implantat-LEDs steuern Gehirnfunktionen

21.04.2013

Wissenschaftler der St. Louis University und der University of Illinois haben mikroskopisch kleine LEDs entwickelt, die dünner als ein menschliches Haar sind.

Diese LEDs können mit einer dünnen medizinischen Standardnadel überall am Körper implantiert werden. Die Essenz des Experiments ist wie folgt: Zunächst modifizierten Gentechniker Mäuse mithilfe der Optogenetik-Technologie, das heißt, sie „lehrten“ Gehirnneuronen, sich gemäß einem Lichtsignal, das von einer winzigen LED erzeugt wurde, ein- und auszuschalten. Dann wurde eine LED näher an diesen Neuronen implantiert. Das Einschalten der LED aktiviert die Neuronen, das Ausschalten hingegen deaktiviert sie. Auf diese Weise können bestimmte Gehirnfunktionen gesteuert werden.

Mit Hilfe einer Miniatur-LED und Optogenetik konnten Wissenschaftler das Belohnungssystem steuern: Durch die Einbeziehung bestimmter Neuronen wurde Dopamin ausgeschüttet, was ein Gefühl der Befriedigung auslöste.

Die Forscher glauben, dass LED-Implantate, die auf der Basis gedruckter Elektronik hergestellt werden, in anderen neurologischen Studien nützlich sein werden. Schon heute werden ähnliche Geräte zur Stimulation peripherer Nerven eingesetzt, wodurch Schmerzen gelindert oder ganz ausgeschaltet werden. Bisher war es zwar notwendig, dünne optische Fasern und Laseremitter zu verwenden, was die Möglichkeiten der Optogenetik einschränkte.

Kabellose LED-Implantate bieten viel mehr Flexibilität. Darüber hinaus sind Geräte mit mehrfarbigen LEDs in der Lage, mehrere neuronale Schaltkreise gleichzeitig zu aktivieren und zu steuern. Zusätzlich zu LEDs können den Implantaten winzige Sensoren hinzugefügt werden, um Temperatur und elektrische Aktivität im Gehirn zu messen. Die neue LED-Technologie ist wohl einer der wichtigsten Fortschritte in den Neurowissenschaften. Es wird Ihnen helfen, besser zu verstehen, was mit dem Gehirn als Folge von Störungen wie Stress, Depression und Angstzuständen passiert. Darüber hinaus kann die Steuerung neuronaler Netze diese Zustände wirksam behandeln, Schmerzen und Angst lindern.

Auch Pessimisten haben ein Gesprächsthema: Ein so starker künstlicher Anreizmechanismus kann jeden zum Sklaven machen, denn das Gefühl der Zufriedenheit wird heute durch viel komplexere Dinge realisiert, wie Beziehungen, Einkäufe, häusliche Bequemlichkeit, Karriere, Macht, kreative Leistungen , etc. In einer Gesellschaft von „Chip“-Menschen sind solche „Schwierigkeiten“ nicht nötig.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

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Metalens - künstliches Auge 02.03.2018

Wissenschaftler der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University haben eine Metalllinse entwickelt, die dem menschlichen Auge ähnelt: Ihre Brennweite lässt sich mithilfe künstlicher Muskeln verändern.

Das menschliche Auge kann mit Hilfe des Ziliarmuskels die Krümmung der Linse ändern - einer Linse, die die Reflexion von Lichtstrahlen von einem Objekt fokussiert. Dadurch kann das Auge Objekte in unterschiedlichen Entfernungen gleich gut sehen und unterscheiden.

Amerikanische Physiker haben ein Analogon eines solchen Geräts unter Verwendung von Metallen geschaffen - einer Anordnung von Nanopartikeln, deren Abstand weniger als eine Wellenlänge beträgt. Die Wissenschaftler beschlossen, die optischen Parameter des Systems zu verändern, indem sie die Abstände zwischen den Nanopartikeln veränderten.

Die Linsendicke betrug 30 Mikrometer. Als künstlicher Muskel, der die optischen Eigenschaften des künstlichen Auges steuert, wurde ein elektromechanisches Gerät aus einem dielektrischen Polymer und Elektroden verwendet. Wenn unterschiedliche Spannungen an die Elektroden angelegt wurden, konnten die Metalle gestaucht oder gedehnt werden; somit nahm seine Brennweite ab oder zu.

"Dies zeigt das breite Anwendungsspektrum des eingebauten optischen Zooms - in Handykameras, Brillen und Virtual- und Augmented-Reality-Geräten", sagte einer der Autoren der Studie.

Neben der Verwendung für die Technologieentwicklung kann eine künstliche Linse zukünftig auch in der Augenheilkunde eingesetzt werden. Laut Wissenschaftlern ist es mit Hilfe eines künstlichen Auges möglich, Fehler im Sehspektrum, insbesondere Astigmatismus, zu korrigieren.

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