Quantensensoren für effektivere Gehirn-Computer-Schnitt­stellen

Berlin – Gehirn-Computer-Schnittstellen sollen gelähmten Menschen durch die Steuerung von Exoskeletten einen Teil ihrer Bewegungsfähigkeit zurückgeben. Aber die komplexen Steuersignale aus dem Gehirn lassen sich von der Kopfoberfläche bislang nicht gut auslesen, da herkömmliche Sensoren nicht sensitiv genug sind.

Ein Verbund aus dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, der Charité – Universitätsme­dizin Berlin, der Universität Stuttgart und Industriepartnern will dies nun ändern. Dazu wollen sie in dem Pro­jekt „NeuroQ“ hochsensitive diamantbasierte Quantensensoren entwickeln.

Bei herkömmlichen Gehirn-Computer-Schnittstellen erfolgt die Messung der neuronalen Aktivität bislang hauptsächlich über elektrische Felder. Dabei bringt die Messung von Magnetfeldern laut den Partnern erheb­li­che Vorteile mit sich.

„Magnetfelder durchdringen Haut und Schädel unverzerrt und liefern damit wesentlich deutlichere Signale als elektrische Felder, da diese auf dem Weg von der Quelle zum Sensor stark abgeschwächt werden“, erläu­terte Jan Jeske, Projektleiter von NeuroQ und Forscher am Fraunhofer IAF.

Bislang sind laut der Arbeitsgruppe aber keine Magnetsensoren realisiert worden, die unter Umgebungsbe­din­­gungen – also unabgeschirmt – eine Empfindlichkeit erreichen, die für den Nachweis neuromagnetischer Felder geeignet wäre.

Die Forscher setzen daher auf neue Diamant-Quantenmagnetometer – sie messen auch in Anwesenheit eines Hintergrundmagnetfelds und können die genaue Richtung eines Magnetfeldes bestimmen. Zudem sind sie biokompatibel und können nah an die Quelle herangebracht werden, was wiederum stärkere Signale ermög­licht.

Die Arbeitsgruppe will zunächst solche hochsensitiven Quantenmagnetometer auf Basis eines neuartigen Laserverfahrens realisieren. Anschließend soll der Sensor zu einer Gehirn-Computer-Schnittstelle ausgebaut und diese an der Charité in Berlin erprobt werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das fünfjährige Verbundvorhaben mit insgesamt knapp neun Millionen Euro.

hil