INTER Projekt ÜberblickZiel des INTER-Projektes ist es, fundamentale Fragen, die im Zusammenhang mit einer neuen Generation implantierbarer neuronaler Mikrosysteme, welche den Zugang zu einer grossen Bandbreite der Information im menschlichen Nervensystem ermöglichen, stehen, zu untersuchen. Einige neuronale Mikrosysteme, wie Richtungskanäle, Ringelektrodenfelder und on-chip integrierte, vorverarbeitende Schaltungen, sollen in Verbindung mit einer auf neuronalen Netzen basierenden Steuerung entworfen, hergestellt und getestet werden. Das INTER-System soll eine bidirektionale Verbindung zwischen dem peripheren Nervensystem und externen, signalverarbeitenden Prozessen herstellen. Dieses System soll sowohl die Registrierung von motorischen Nervensignalen, als auch die Stimulierung von sensorischen Axonen ermöglichen. Diese Möglichkeiten eröffnen neue Aspekte im Bereich der Neurobiologie, sensorischer Prothesen oder im Bereich der funktionalen neruomuskulären Stimulation. Eine kurze Einführung in das INTER-ProjektDas Ziel des INTER-Projektes (Intelligent Neural InTERface) ist es, fundamentale Fragen zu untersuchen, die im Zusammenhang mit dem Entwurf und der Fabrikation einer neuen Generation von Mikrosystemen, die als "neuronale Prothesen" eingesetzt werden können, entstehen. Eine globale Darstellung für eine vom peripheren Nervensystem gesteuerte Prothese ist in Abbildung 1 dargestellt.
Nervensignale werden von einem Ringelektrodenarray aufgenommen und verstärkt. Dieses Elektrodenarray gehört zu der Klasse der Regenerationselektroden. Das Prinzip des Elektrodenarrays wird später erklärt. Das aufgezeichnete Signal wird von einem künstlichen neuronalen Netz (artificial neural net, ANN) verarbeitet. Über eine Steuereinheit wird dann die Prothese angesteuert. Im Idealfall ist die Prothese mit Sensoren für Druck und Wärme ausgerüstet. Signale, die diese Sensoren liefern, sollen dann wiederum mittels eines künstlichen neuronalen Netzes verarbeitet werden und über einen Signalgenerator und dem Elektrodenarray an das periphere Nervensystem übermittelt werden. Dies bedeutet, daß die Prothese komplett über das periphere Nervensystem gesteuert wird und sich wie eine natürliche Extremität verhält. Das Prinzip der der Implantation und des Elektrodenarrays ist in Abbildung 2 dargestellt.
Nerven des peripheren Nervensystems von Säugetieren regenerieren wenn sie verletzt oder durchtrennt werden. Auf Grund dessen kann ein peripherer Nerv durchtrennt werden um das proximale und das distale Ende des Nerven in den Führungskanal (Nerve Guidance Channel, NGC) einzuführen. Das Elektrodenarray wird dabei von dem NGC umschlossen. Die Hauptaufgabe des NGC ist es, sowohl eine stabile physische Verbindung zwischen dem Elektrodenarray und den Nervenenden herzustellen, als auch das Wachstum der Nerven von dem proximalen Ende zum distalen Ende zu dirigieren. Das Elektrodenarray basiert auf einem Siliziumsubstrat und ist mit mehreren Bohrung versehen. Die Axone regenieren durch diese Bohrung hindurch vom proximalen Nervenende zum distalen Nervenende. Nach der Regeneration können dann die Nervensignale mittels Ringelektroden, die einige der Bohrungen umschließen, abgeleitet werden. Ein Schaltkreis auf dem Elektrodenarray verstärkt die Signale und führt eine Vorverbeitung (Filterung) durch. Die so vorverstärkten Signale werden dann wie in Abbildung 1 gezeigt weiterverarbeitet.
Ein Prototyp des Elektrodenarrays, der in dem INTER-Projekt verwendet wird, wurde von Meier et al. am Fraunhofer Institut in St. Ingbert hergestellt. Er ist in Abbildung 3 abgebildet. INTER - Intelligent Neural inTERface: SignalverarbeitungDie Signalverarbeitung von biologischen Nervensignalen kann mit Hilfe der Kohonen-Karte, einem künstlichen neuronalen Netz, in Echtzeit realisiert werden. Die Partner des INTER Projektes
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Vishnoo
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