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Neuartiges Trockenelektroden-EEG-System für Hirnforschung in einer Kappe

Die Mehrkanal-Elektroenzephalografie (EEG) ist eine wichtige Methode zur Untersuchung der Funktion des menschlichen Gehirns. EU-Forscher haben eine Kappe entwickelt, die Hindernisse der Signalerfassung an der Kopfoberfläche überwindet, indem sie die Notwendigkeit des Auftragens von Creme/Gel eliminiert.
Neuartiges Trockenelektroden-EEG-System für Hirnforschung in einer Kappe
Trotz kontinuierlicher Fortschritte in der Signalverstärkung und Datenverarbeitung ist die schwierige und fehleranfällige Signalerfassung an der Kopfoberfläche nach wie vor ein großes Problem, das die Nutzung der EEG in der grundlegenden und klinischen Forschung einschränkt. Das EU-finanzierte http://www.andreaproject.eu/ (ANDREA)-Projekt integrierte eine neu konzipierte Trockenelektrodentechnologie mit einem anpassungsfähigen Kappennetzwerk. Wie die Projektkoordinatorin Prof. Silvia Comani sagt: „Das System erfüllt die Anforderungen an hohe Signalqualität und Zuverlässigkeit, Mobilität, hohen Komfort für den Patienten/Probanden und langfristige Nutzung.“

Die Kappe bietet einen Mechanismus zur automatischen Sensorpositionierung, eine flexible, konforme Elektrodenform und eine Software-Toolbox für die automatische Einstufung und Beseitigung der wichtigsten Störsignale, die EEG-Aufzeichnungen beeinträchtigen könnten. „Die neuartigen Technologien wurden in klinischen (neurologische Patienten) und nicht-klinischen (Athleten-)Populationen validiert, um ein System zu erstellen, das optimal auf verschiedenste EEG-Anwendungen ausgerichtet ist“, sagt Prof. Comani.

Trocken vs. nass

Dieses innovative Headset verfügt über ein System von Trockenelektroden. Die Elektrodenzusammensetzung ist so gestaltet, dass sämtliche Hindernisse eliminiert werden, die das Auftragen einer leitfähigen Creme mit sich bringt, die bislang erforderlich war, um die Impedanz zwischen dem Schädel und dem Sensor zu verringern.

Ein „nasses“ System hat noch weitere Nachteile. Zum Beispiel kann der Träger Allergien gegen das Gel entwickeln, und die Creme kann entweichen, wodurch Brücken zwischen Elektroden gebildet werden. Außerdem führt das Trocknen der Creme auch zu Fehlern aufgrund einer schlechteren Signalqualität.

Ein großer Vorteilsfaktor ist mit der Geschwindigkeit verbunden, mit der die trockene Kappe aufgebracht werden kann. Das ist von großer Bedeutung, wenn es auf schnelles Handeln ankommt. Schwierige Erkrankungen wie Epilepsie können so schnell genug angegangen werden, um die Schwerpunkte für genaueste Eingriffe zu rekonstruieren.

Beeindruckende Bandbreite neuer Funktionen

Das EEG-Kappensystem ist ein System zum Einstecken und Einschalten, das dafür entwickelt wurde, Nutzerkomfort mit modernster Leistung für die Hirnforschung zu kombinieren. Die mehrpoligen Elektroden sind leicht und mechanisch flexibel und verfügen über eine nanostrukturierte leitfähige Beschichtung für stabile und zuverlässige Ablesungen. Darüber hinaus können sich die verschiedenen mehrpoligen Formen verschiedenen Schädelbereichen anpassen, um die Signalqualität zu verbessern und maximalen Komfort für den Träger zu gewährleisten.

Ein modulares Konzept ermöglicht das Anbringen von acht bis vierundsechzig Elektroden. Durch aktive Vorverstärkungselektronik wird die Signalqualität bei erhöhten Impedanzstufen zwischen Elektrode und Haut verbessert. Die elektrische Impedanz biologischer Materialien spiegelt den klinischen Status des untersuchten Gewebes wider.

In Verbindung mit Algorithmen zur automatischen Unterdrückung von Störsignalen und der optimierten Software-Toolbox erkennt und unterdrückt das System die störenden Komponenten in EEG-Datensätzen, die mit verschiedenen Arten von Elektroden und Kappendesigns aufgezeichnet werden.

Höchstwichtiger Wissenstransfer auf jeder Ebene

ANDREA konnte erfolgreich die Entsendung von 44 Mitarbeitern, die eigentlich ganz anderen Sektoren angehören, für eine Dauer von insgesamt 99 Personen-Monaten arrangieren. „Dieses Programm hat auch zum Teilen der verschiedenen Kulturen und des Wissens zwischen den Partnern beigetragen“, betont Prof. Comani.

Dadurch wurde die Forschungskapazität, die internationale Sichtbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit der einzelnen Partner deutlich verbessert. Diese Tatsache hat schon zu einigen gut angenommenen interdisziplinären wissenschaftlichen Publikationen geführt und wird dies auch künftig tun.

Der künftige Forschungspfad

Einige ANDREA-Partner haben bereits Vorschläge für neue Projekte zur Entwicklung von Trockenelektroden zur Überwachung der Hirnfunktion bei Neugeborenen zur Verhinderung neurologischer, kognitiver und motorischer Einschränkungen im späteren Leben eingereicht. Dies bringt neue Herausforderungen bezüglich der Empfindlichkeit der Haut dieser jungen Probanden mit sich.

Eine andere Ausrichtung liegt im Bereich von Studien zur sozialen Interaktion und Koordination, doch damit diese aussagekräftig sind, sind Bewegungen des gesamten Körpers erforderlich. Das Trocken-EEG-System muss daher robust sein und einen stabilen Hautkontakt der Elektroden gewährleisten, damit die Hirnsignale zuverlässig überwacht werden können.

Insgesamt 82 Verbreitungsmaßnahmen wurden sowohl an das Fachpublikum wie auch die Allgemeinheit gerichtet. Dazu zählten nationale und internationale Konferenzen, internationale Messen, von Wissenschaftsgesellschaften organisierte Veranstaltungen und Tage der Offenen Tür an Universitäten.

Prof. Comani fasst den durchschlagenden Erfolg des ANDREA-Projekts für uns zusammen: „Basierend auf den beachtlichen technologischen Fortschritten im Trockenelektroden-EEG-System in Verbindung mit Verbreitung und Zusammenarbeit gehen wir davon aus, dass das ANDREA-Netzwerk ein dauerhaftes EU-Forschungsnetzwerk wird, das die Gesundheitstechnologie in ganz Europa voranbringt.“

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

ANDREA, Trockenelektrode, EEG, Kappe, Hirn
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