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Epilepsie stoppen und Tumore entfernen

Mikrodisplay zeigt Gehirn-Aktivität während OP in Echtzeit

26. April 2024, 11:18 Uhr | mit Material der UC California, San Diego (uh)

Jede LED in dem Gerät spiegelt die Aktivität von einigen tausend Neuronen wider. Das Gerät zeigt und verfolgt damit effektiv die neuronale Aktivität im Gehirn, die verschiedenen Körperbereichen entspricht.

Ein hauchdünnes Mikrodisplay überwacht während neurochirurgischer Operationen die Aktivität des Gehirns in Echtzeit. Mithilfe der farbigen Visualisierung können Chirugen Tumore exakter entfernen und Epilepsie-Anfälle stoppen.

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Jede Operation am Gehirn ist mit immensen Risiken verbunden und stellt auch in der modernen Medizin immer noch eine erhebliche Herausforderung für Ärzte dar: Eine Echtzeit-Visualisierung der Gehirnaktivitäten während der OP kann helfen, den Zustand des Patienten besser im Blick zu haben und OP-Bereiche ab- und einzugrenzen.

Forschende der University of California, San Diego, haben ein flexibles Mikrodisplay entwickelt, das direkt auf das Gehirn aufgebracht wird und sowohl die Aktivität überwachen als auch visualisieren kann. Das dünne Filmmaterial kombiniert eine Elektrodenmatrix mit LEDs und kann damit die elektrische Aktivität des Gehirns erfassen und diese Informationen fast zeitgleich in visuelle Daten umzuwandeln.

»Diese Technologie bietet den Chirurgen eine visuelle Karte der Gehirnaktivität in Echtzeit, was besonders bei Eingriffen, bei denen die Funktionsbereiche des Gehirns erhalten bleiben müssen, von unschätzbarem Wert ist.«
Dr. John Smith, Leitenden Forscher des Projekts.

LED leitet Chirurgen während Gehirn-OP

Jede LED in dem Gerät spiegelt die Aktivität von einigen tausend Neuronen wider. In einer Reihe von Proof-of-Concept-Experimenten an Nagetieren und großen Säugetieren haben die Forschenden gezeigt, dass das Gerät die neuronale Aktivität im Gehirn, die den verschiedenen Körperbereichen entspricht, effektiv verfolgen und anzeigen kann. In diesem Fall leuchten die vom Team entwickelten LEDs in Bereichen, die vom Chirurgen entfernt werden müssen, rot auf. Umliegende Bereiche, die kritische Funktionen kontrollieren und vermieden werden sollten, leuchten grün.

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Bisher arbeiten Chirgen für die Hirn-Kartierung mit Elektrophysiologen zusammen, die in einem anderen OP-Teil sitzen - Die zu schützenden und zu operierenden Hirnregionen werden entweder auf einem Papier markiert und den Chirurgen gebracht oder mündlich übermittelt. Sterile Papiere auf die Hirnoberfläche markeiren dann die Regionen. »Beides sind ineffiziente Methoden, um kritische Informationen während eines Eingriffs zu übermitteln, und könnten sich auf die Ergebnisse auswirken«, sagte Dr. Angelique Paulk vom MGH, die Mitautorin und Miterfinderin der Technologie ist.

Neben einer exaktereren Kartierung zeigt die Studie auch, dass das Mikrodisplay den Beginn und die Ausbreitung eines epileptischen Anfalls auf der Oberfläche des Gehirns sichtbar machen kann. Dies würde es den Ärzten ermöglichen, die »Knotenpunkte« des Gehirns zu isolieren, die an Epilepsie beteiligt sind. Außerdem könnten die Ärzte dann die notwendige Behandlung durchführen, indem sie Gewebe entfernen oder das Gehirn mit elektrischen Impulsen stimulieren.

Epilepsie stoppen und Tumore exakt entfernen

»Neurochirurgen könnten einen Anfall sehen und stoppen, bevor er sich ausbreitet, sie könnten sehen, welche Hirnbereiche an verschiedenen kognitiven Prozessen beteiligt sind, und sie könnten das funktionelle Ausmaß einer Tumorausbreitung sichtbar machen. Das Display wird ein leistungsfähiges Instrument dafür sein, einen Tumor aus den empfindlichsten Hirnregionen zu entfernen«, sagte Daniel Cleary, einer der Koautoren der Studie, ein Neurochirurg und Assistenzprofessor an der Oregon Health and Science University. Mit der Anwendung des Mikrodisplays kann der bisher notwendige Resektionsrand von 5 bis 7 Millimetern auf eine Pufferzone von nur einem Millimeer schrumpfen, das Risiko schädliches Gewebe zurückzulassen, sinkt damit deutlich.

Die neue Methde wird nicht nur die Präzision neurochirurgischer Eingriffe verbessern, sondern auch die Sicherheit der Patienten erheblich erhöhen, indem es den Chirurgen ermöglicht, kritische Bereiche des Gehirns während der Operation zu meiden. Darüber hinaus könnte diese Technologie in Zukunft auch zur Behandlung und Überwachung von neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie eingesetzt werden, indem sie kontinuierliche Daten über die Gehirnaktivität liefert. (uh)