Das kleinste kabellose Gehirnimplantat der Welt

Drei Labore, drei Ansätze, ein Ziel: Das Gehirn kabellos anbinden

In Studien, die zwischen November und Dezember 2025 veröffentlicht wurden, beschrieben Forschungsteams der Cornell University, der Columbia/Stanford/UPenn und des MIT drei sehr unterschiedliche Wege zu kabellosen, minimalinvasiven Gehirnschnittstellen. An der Cornell University und der Nanyang Technological University stellten Forscher MOTE vor, ein mikrokaliges optoelektronisches Gerät, das buchstäblich kleiner als ein Salzkorn ist und über ein Jahr lang neuronale Spikes bei Mäusen aufzeichnete. An der Columbia University und bei deren klinischen Partnern enthüllten Ingenieure BISC, ein hauchdünnes Silizium-Implantat, das Zehntausende von Elektroden und eine drahtlose 100-Megabit-Verbindung vereint. Und am MIT präsentierten Wissenschaftler die „Circulatronics“: Hybridwesen aus Zellen und Elektronik, die durch den Blutkreislauf reisen, die intakte Blut-Hirn-Schranke überwinden und sich selbst an einem Zielort implantieren können, um eine gezielte elektrische Stimulation zu ermöglichen. Jedes Projekt geht einen anderen Engpass an – Größe, Bandbreite oder chirurgisches Risiko – und zusammen illustrieren sie, wie vielfältig die technischen Möglichkeiten sind, wenn man versucht, Elektronik in die Nähe von Neuronen zu bringen.

Extreme der Miniaturisierung: das MOTE

In Labortests wurde das Gerät auf den Barrel-Cortex von Mäusen platziert oder in diesen injiziert und zeichnete über den Zeitraum eines Jahres sowohl Spikes einzelner Neuronen als auch breitere synaptische Aktivitäten zuverlässig auf, wobei nur minimale Narbenbildung entstand. Das Team trug während der Fertigung atomar dünne Schutzbeschichtungen auf, um die Korrosion in der flüssigen Umgebung des Gehirns zu verlangsamen, und stellte fest, dass die Materialien des Geräts MRT-kompatibel sein könnten – ein bedeutender praktischer Vorteil für künftige klinische Arbeiten. Die MOTE-Studie erschien in Nature Electronics und ist wichtig, weil sie chronische, kabellose Aufzeichnungen in einem Maßstab demonstriert, der bisher als nicht machbar galt.

Hochbandbreitige, hauchdünne kortikale Chips: die BISC-Plattform

Das Ein-Chip-Design von BISC enthält 65.536 Elektroden, 1.024 Aufzeichnungskanäle und mehr als 16.000 Stimulationskanäle sowie On-Chip-Funksysteme und Energiemanagement. In veröffentlichten Tests demonstrierte das System eine Relaisstation, die das Implantat über eine Ultrabreitband-Funkverbindung mit einer Kapazität von etwa 100 Mbit/s mit externen Computern verbindet – ein Durchsatz, der um Größenordnungen über dem der meisten heutigen drahtlosen BCIs liegt. Diese Bandbreite macht BISC attraktiv für die klinische Neuroprothetik und für die Verknüpfung kortikaler Populationsaktivität mit Machine-Learning-Decodern. Das Implantat wurde mit etablierten Halbleiter-Foundry-Prozessen hergestellt, und das Team hat bereits mit kurzen intraoperativen Humanstudien begonnen und ein Startup zur Kommerzialisierung des Geräts ausgegründet.

Nicht-chirurgische Verabreichung: MITs Circulatronics

Die Forscher testeten Circulatronics an Mäusen und zeigten eine gezielte Ansteuerung entzündeter Hirnregionen sowie lokale Stimulation mit Mikrometerpräzision, während Gewebeschäden und Immunangriffe, die größere Implantate plagen, vermieden wurden. Die Arbeit erschien in Nature Biotechnology und zeigt einen möglichen nicht-chirurgischen Weg zu Millionen mikroskopischer Stimulationsstellen auf, mit offensichtlichen Auswirkungen auf die Behandlung von fokalen Entzündungen, Glioblastomen oder diffusen Läsionen, die chirurgisch schwer zu erreichen sind.

Energie, Kommunikation und das Immunsystem: Abwägungen, die das Feld definieren

Vergleicht man die drei Plattformen, lassen sich die Unterschiede auf einige zentrale technische Abwägungen reduzieren. Energieversorgung und Telemetrie dominieren das Design: MOTE nutzt übertragenes Licht sowohl für die Energie als auch für die optische ausgehende Signalisierung, was eine winzige Größe ermöglicht, allerdings auf Kosten einer begrenzten Datenrate und geringeren Eindringtiefe. BISC nutzt On-Chip-Funksysteme und ein externes Relais, um einen sehr hohen Datendurchsatz und integrierte Stimulation zu erreichen, erfordert jedoch die Platzierung im Subduralraum und ein tragbares Relais. Circulatronics umgeht chirurgische Eingriffe vollständig, indem es Zellen als Transportmittel für die Elektronik nutzt, was jedoch ein sorgfältiges biologisches Engineering erfordert, um zu kontrollieren, wohin die Geräte gelangen und wie sie sich verhalten, sobald sie dort ankommen.

Die Biokompatibilität ist eine weitere Achse. Die Flüssigkeiten im Gehirn korrodieren Elektronik und provozieren Immunreaktionen; die Teams setzen unterschiedliche Gegenmaßnahmen ein – atomare Schutzbeschichtungen für MOTE, flexible konforme Substrate für BISC und die Tarnung durch lebende Zellen für Circulatronics. Jede Strategie bringt neue Unsicherheiten mit sich: winzige Geräte, die sich der Nachverfolgung entziehen, das langfristige Schicksal injizierter Hybride oder unerwartete Wechselwirkungen mit bildgebenden Verfahren und anderen medizinischen Geräten.

Klinische Pfade, Kommerzialisierung und regulatorische Hürden

Alle drei Projekte sind explizit translational ausgerichtet, stehen aber vor unterschiedlichen regulatorischen und kommerziellen Herausforderungen. Die Nutzung etablierter Halbleiterfertigung durch BISC und die subdurale chirurgische Einführung fügen sich natürlich in bestehende Implantatregulierungen und neurochirurgische Abläufe ein, was den Weg zu klinischen Studien erleichtert. Cornells MOTE ist noch viele Schritte von der Anwendung am Menschen entfernt: Chronische Aufzeichnungen bei Mäusen sind ermutigend, aber die Skalierung der optischen Energieversorgung und Datenerfassung durch die Dicke des menschlichen Schädels bleibt eine technische Hürde. Das Circulatronics-Konzept des MIT ist aus klinischer Sicht das disruptivste der drei – da es die Kraniotomie zugunsten eines injizierbaren Weges eliminiert –, wird aber auch die größte regulatorische Prüfung erfahren, da es bewusst die Blut-Hirn-Schranke überwindet und lebende Zellen als Transportmittel nutzt.

Die kommerziellen Aktivitäten laufen bereits: Forscher von Columbia/Stanford haben ein Unternehmen gegründet, um BISC-Forschungskits herzustellen, und das MIT-Team plant den Übergang zu Studien über ein Startup. Zu den Finanzierungsquellen gehören die US National Institutes of Health und in einigen Fällen Programme aus dem Verteidigungssektor, die seit langem risikoreiche Projekte im Bereich des Neural Engineering unterstützen. Dieser Mix beschleunigt die Forschung, wirft aber erneut Fragen zu Dual-Use und zur Governance leistungsfähiger Gehirn-Computer-Technologien auf.

Ethik, Sicherheit und was „kabellos“ wirklich für den Geist bedeutet

Da Implantate kleiner und drahtlose Verbindungen schneller werden, verschieben sich die ethischen Fragen vom chirurgischen Risiko hin zu Fragen des Datenschutzes, des Dateneigentums und der Kontrolle. Hochbandbreitige Geräte wie BISC bergen das Potenzial, mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung aufzuzeichnen, zu dekodieren und zu stimulieren – Fähigkeiten, die schwierige Fragen darüber aufwerfen, wer auf neuronale Daten zugreifen kann, wie diese gespeichert und analysiert werden und wie unerwünschte Störungen verhindert werden können. Miniaturimplantate wie MOTE oder selbst-implantierende Circulatronics fordern regulatorische Rahmenbedingungen heraus, die davon ausgehen, dass Geräte physisch rückverfolgbar und entfernbar sind. Forscher und Kliniker betonen therapeutische Ziele – Epilepsiekontrolle, Genesung bei Lähmungen, Wiederherstellung des Sehvermögens –, aber Ingenieure und Ethiker fordern bereits eine parallele Arbeit an Standards für Sicherheit, informierte Einwilligung und langfristige Nachbeobachtung.

Eine plurale Zukunft für neuronale Schnittstellen

Was aus diesen Arbeiten hervorgeht, ist kein einzelner Gewinner, sondern ein Werkzeugkasten. Für einige Anwendungen – hochleistungsfähige Prothesensteuerung oder kortikales Mapping für die Forschung – erscheint ein hochbandbreitiger Chip im Wafer-Maßstab wie BISC am vielversprechendsten. Für minimalinvasives Monitoring oder die Schnittstellenbildung mit Organoiden und kleinen neuronalen Strukturen könnten optische Mikrogeräte im MOTE-Stil Experimente ermöglichen, die zuvor unmöglich waren. Und für die therapeutische Neuromodulation, bei der eine Operation unpraktisch ist, deuten zellbasierte Circulatronics auf eine radikale Alternative hin.

Diese Möglichkeiten sind aufregend, aber ihre Umsetzung in sichere, gerechte klinische Technologien wird Jahre an technischer Entwicklung, langfristige Tier- und Humanstudien, regulatorische Arbeit und einen öffentlichen Dialog über akzeptable Nutzungen erfordern. Die nahe Zukunft von Gehirnimplantaten ist daher kein einzelnes Miniaturwunder, sondern ein wachsender Satz an Abwägungen, die Kliniker, Regulierungsbehörden und die Gesellschaft sorgfältig gegeneinander abwägen müssen.

Quellen

• Nature Electronics (Forschungsarbeiten zu MOTE und BISC)
• Nature Biotechnology (Forschungsarbeit zu Circulatronics)
• Cornell University (Molnar-Labor, Cornell NanoScale Facility)
• Columbia University School of Engineering and Applied Science (BISC-Kollaboration)
• MIT Media Lab / Nano-Cybernetic Biotrek Lab (Circulatronics-Forschung)
• DARPA Neural Engineering System Design Programm