Projektbeschreibung
Mikrobots im Gehirn zur multimodalen Aktivierung und Neurostimulation
Neuronen kommunizieren und führen über eine komplexe Interaktion von Signalprozessen einschließlich elektrischer, chemischer (molekularer und ionischer) und thermischer Veränderungen bestimmte Aufgaben aus. Ihre Beteiligung an einer bestimmten Handlung kann zum Teil anhand von Signalen gemessen werden, die während ihrer Depolarisierung und Repolarisierung erzeugt werden, und zwar sowohl einzeln als auch als synchrone Aktivität vieler Zellen (extrazelluläre Feldpotentiale). Im Rahmen des ehrgeizigen, vom Europäischen Innovationsrat (EIC) finanzierten Projekts CROSSBRAIN soll ein Verbund drahtloser, implantierbarer, MRT-kompatibler Mikrobots entwickelt werden, der die elektrische Aktivität auf Zell- und Schaltkreisebene erfassen und die elektrische Stimulation von Zellen je nach Bedarf modulieren kann. Dies erfolgt mit multimodalen Aktoren, die durch extremes Edge-Computing unterstützt werden, das durch die integrierte miniaturisierte drahtlose Energiegewinnungs- und Kommunikationsfunktion ermöglicht wird.
Ziel
A vast number of pathological brain conditions directly involve aberrant electrical activity of the brain. CROSSBRAIN centres its technological revolution on the convergence of novel nanoactuation modalities, bleeding-edge nano-electronics, and miniaturized wireless energy harvesting and communication. Combining extreme edge computing with advanced nanomaterials featuring tailored physical properties, biocompatible coatings, and material modifications to prevent glial scarring, CROSSBRAIN will enable individualized, adaptive and highly spatiotemporally localized actuation of brain tissue. It will leverage sensing electric local field potentials, multiunit neuronal activity, and cross-modal nanomaterial-based modulation (electrical, mechanical, thermal, ionic concentration, optogenetics) of neuronal excitability with on-board intelligence. The CROSSBRAIN platform comprises a swarm of wireless, implantable, MRI-compatible microbots for in vivo electrophysiology and cross-modal neuromodulation at the cell- and microcircuit levels, in freely moving rodents. CROSSBRAIN delivers a multiplicity of stimulation modalities, involving electro-mechano-magneto-thermo-optical principles for modulation of nerve cell excitability. The microbots will feature both sensing and actuation electrodes, engineered with nanomaterials and viral vectors coatings. They will be implanted endovascularly, deliver genetic material upon command, and operate in federation under the networked control and wireless power supply by a tiny central unit, which can be worn like an internet of things device. CROSSBRAIN will deliver autonomous or manual, closed-loop sensing, prediction, and actuation through combining multiple neuromodulation mechanisms, which will act in a synergistic and dynamic manner to optimally shape stimulation according to individual neuronal firing patterns or clinician’s needs. As case studies, we will explore CROSSBRAIN action in animal models of Parkinson’s Disease and Epilepsy.
Wissenschaftliches Gebiet
- medical and health sciencesbasic medicineneurologyepilepsy
- natural sciencescomputer and information sciencesinternet
- engineering and technologymaterials engineeringcoating and films
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringinformation engineeringtelecommunicationsradio technology
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.3.1 - The European Innovation Council (EIC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
HORIZON-EIC-2021-PATHFINDERCHALLENGES-01
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00133 Roma
Italien