Ein Team der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) hat mit LogSync einen winzigen, stromsparenden Gehirnchip vorgestellt, der kognitive und emotionale Zustände über die Synchronität zwischen Hirnregionen erkennen und bei Bedarf ein Signal für eine gezielte elektrische Stimulation auslösen soll. Der Chip wurde nach Angaben der Forschenden bisher nur mit aufgezeichneten menschlichen Hirnsignalen und in einem Rattenversuch getestet, nicht an Patienten.
LogSync misst, wie stark und wie verlässlich verschiedene Hirnregionen im Gleichklang oszillieren. Aus diesen Mustern soll das System ableiten, in welchem geistigen oder emotionalen Zustand sich eine Person befindet.
Wenn der Chip bestimmte Muster erkennt, kann er ein Signal für einen gezielten elektrischen Impuls senden. Nach Angaben des Teams braucht das System dafür weniger als 200 Mikrowatt Strom.
Die EPFL beschreibt LogSync als implantierbares System, das die Kommunikation zwischen Hirnregionen in Echtzeit verfolgt. Entwickelt wurde der Chip unter Leitung von Mahsa Shoaran; beteiligt war auch der Psychiater Alik Widge von der University of Minnesota. Die Arbeit erschien im IEEE Journal of Solid-State Circuits.
Das Ziel sind laut dem Team psychiatrische Anwendungen, besonders schwere psychische Erkrankungen. Shoaran sagte: „Unsere Arbeit beruht auf einer wachsenden Zahl von Studien, die darauf hindeuten, dass psychische Erkrankungen eher durch Störungen in der Kommunikation zwischen Hirnregionen entstehen als durch eine Fehlfunktion einer einzelnen Region“.
Technisch basiert das System auf 32 Messkanälen und einem rauscharmen Verstärker. Nach Angaben der Forschenden wurde der Chip in 65-Nanometer-Technologie gefertigt und nimmt 5,46 Quadratmillimeter Siliziumfläche ein.
In Tests mit intracraniellen Daten aus einer psychiatrischen Studie erkannte LogSync hohe kognitive Belastung mit 80,9 Prozent Sensitivität und 74,2 Prozent Spezifität. Bei einer Aufgabe mit emotionalem Konflikt erreichte der Chip 74,8 Prozent Sensitivität und 73,1 Prozent Spezifität.
Die Werte zeigen, dass das System nicht fehlerfrei arbeitet: Auch bei den besseren Ergebnissen verfehlt es einen Teil der Zielzustände und erzeugt Fehlalarme. Ob ein ausgelöstes Stimulationssignal tatsächlich Symptome lindern kann, ist mit dieser Arbeit nicht gezeigt worden.
Shoaran sagte zudem: „Unser gesamtes System ist gemeinsam entworfen, das heißt, Algorithmen und Hardware werden zusammen und mit Blick auf die Einschränkungen eines Implantats entwickelt“.
Die Forschenden berichten, das Projekt laufe seit 2020 und werde mit 6,6 Millionen Dollar vom U.S. National Institute of Mental Health finanziert. Frühere Arbeiten desselben Umfelds hatten laut dem Artikel einen Chip mit 16 Kanälen und einem Verbrauch von 60 Mikrowatt hervorgebracht.
