Die Forschung zur Entwicklung von visuellen kortikalen Prothesen begann in Bremen im Rahmen der Creative Unit "I-See", die von 2013 bis 2017 gefördert wurde (siehe "Past Projects") und erhielt zusätzliche Unterstützung als Focus Group am Hanse-Wissenschaftskolleg (HWK, siehe vergangene Projekte). Seit Dezember 2020 fördert das European Research Area Network "NEURON" unsere neue Initiative zu "I-See" mit einem internationalen Konsortium von Kooperationspartnern:

Projektkoordinatoren:Countries

Udo Ernst und David Rotermund, Computational Neurophysics Lab / Theoretische Neurophysik, Institut für Theoretische Physik, Universität Bremen, Bremen, Deutschland

Projektpartner:

Christopher Pack, Montreal Neurological Institute, McGill University, Montreal, Kanada
Dirk Jancke, Optical Imaging Lab, Institut für Neuroinformatik, Bochum, Deutschland
Michael Herzog, Laboratory of Psychophysics (LPSY), École Polytechnique Lausanne, Lausanne, Schweiz
Bogdan Draganski, Laboratoire de Recherche en Neuroimagerie (LREN), Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, Université de Lausanne, Lausanne, Schweiz

Das Leben vieler Menschen ist durch das Fehlen des Sehsinns stark beeinträchtigt. Eine Möglichkeit, diesen Personen zu helfen, sind kortikale Prothesen. Um das Sehen wiederherzustellen, wandeln solche Geräte visuelle Szenen in Muster elektrischer Aktivität um, die dann an den visuellen Kortex (typischerweise nach Areal V1) übertragen werden. Bei diesem Ansatz werden Tausende von Elektroden verwendet, von denen jede die Wahrnehmung eines kreisförmigen Lichtblitzes (Phosphen) hervorruft.

Unser Projekt evaluiert alternative Ideen, wie zum Beispiel die Stimulation neuronaler Populationen im visuellen Areal V4. Hiermit beabsichtigen wir, spezifischere Wahrnehmungen als Phosphene (z.B. Ecken, Kanten, Kurven) mit einer geringeren Anzahl von aktivierten Stimulationselektroden zu erreichen. Unser zweites Ziel ist es, spontane Aktivierungszustände im Kortex zu nutzen, die auch ohne einen visuellen Stimulus existieren. Durch die Entwicklung eines intelligenten Stimulationsalgorithmus, der diese Zustände zum richtigen Zeitpunkt verstärkt, möchten wir "natürlichere" Wahrnehmungen mit viel geringeren Stimulationsströmen erzielen.

ParadigmStructure

a) Beispiel für die geplante visuelle Prothese, die eine sparse Repräsentation von komplexen Bildelementen verwendet, um ein visuelles Perzept zu erzeugen, indem die Stimulation an die Spontanaktivität im Kortex angepasst wird. b) Teilnehmende Labore und Kooperationsschema.

Unterstützt durch ein starkes Rückgrat von computergestützten und theoretischen neurowissenschaftlichen Ansätzen, umfasst unser Projekt die Entwicklung von unterschwelligen Stimulationstechniken bei Mäusen, das Testen von neuartigen Stimulationsparadigmen bei nicht-menschlichen Primaten, die Erprobung von “sparser” Stimuluskodierung bei gesunden Menschen und die Evaluation der anatomischen und funktionellen Einschränkungen von kortikalen Prothesen bei Blinden.

Animation


Dieses Projekt wird vom Europäischen Forschungsnetzwerk “NEURON” durch das BMBF (Deutschland), die SNF (Schweiz) und die FRQS/Québec (Kanada), sowie in Bremen durch die Iris und Harmut Jürgens-Stiftung gefördert.

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