Das klassische Cochlea Implantat

Transkript

1 Das klassische Cochlea Implantat Konventionelles CI Für stark hörgeschädigte oder gehörlose Menschen Vermittelt einen Höreindruck durch elektrische Stimulierung der Hörnerven Erfolgreichste Neuroprothese Weltweiter mehr als Cochlea Implantate 1

2 Cochlea-Implantat: erfolgreichste Neuroprothese, > CI-Nutzer Cochlea Implantat Offenes Sprachverstehen in der Mehrzahl der CI-Nutzer 2

3 Das klassische Cochlea Implantat Kette von Elektroden, in der Hörschnecke implantiert Frequenzen werden entlang der Basilar- Membran abgebildet Etwa 10 Frequenzkanäle Begrenzt durch Stromaufweitung Sprachverständnis ist gut möglich, aber begrenzt bei Hintergrundgeräuschen zu geringe Frequenzauflösung für Musik Zeng et al.,

4 Optisches Cochlea Implantat Anregung der Hörnerven mit Licht Bessere Fokussierung > 100 Frequenzkanäle möglich Kette von Mikro-LEDs im Innenohr Tobias Moser Univ. Göttingen 4

5 Optogenetik Lichtschalter für Nervenzellen Channelrhodopsin (ChR2) u.a. Eingebaut in Zellmembran Zellen reagieren selektiv auf blaues Licht E. Bamberg, MPI für Biophysik in Frankfurt K. Deissroth, Stanford Univ. 5

6 Electrical stimulation Not selective (neither spatial, nor cell type) Optical stimulation of nerve cells Selective stimulation or inhibition of individual neurons Source: K. Deisseroth

7 Biomedizinische Herausforderung: in-vivo Nachweis Optische Anregung eines Hörereignisses Abgeleitet im Hirnstamm Tobias Moser Univ. Göttingen Expression of ChR2 in sprial ganglion neurons of transgenetic mouse lines Zhizi Jing Victor Kirsten Reuter Hernandez Hernandez et al. Journal of Clinical Investigation

8 Biomedizinische Herausforderung: in-vivo Nachweis Ausschluss eines Stimulus Artefakts Tobias Moser, Gerhard Hoch et al. 8

9 Biomedizinische Herausforderung: in-vivo Nachweis Vergleich Selektivität für optischen, akustischen und elektrischen Stimulus Anna Gehrt Marcus Jeschke Gerhard Hoch 9

10 Optische Cochlea Implantat Dünnfilm-Mikro-LED 100 µm Kantenlänge Polymer Träger Leiterbahnen und Kontaktflächen Biegeradius: 0.5 mm 1 mm 10

11 Mikro-LEDs in Dünnfilm-Technologie Transfer des ca. 5 µm dicken (Al,In)GaN LED Halbleiterschichtstapels LED (200 µm)³ Haar Größenbeispiel: Neuroprobe 11

12 Mikrosystemtechnische Herausforderungen Materialübergreifend: Halbleiter, Polymere, Metalle, Si Neue Prozesse, u.a. Niedertemperatur-Bond für (Al,In)GaN Voll-Wafer-Prozess Lichthören Si 3 N 4 n-gan p-gan p-metal Diff. barrier Indium Gold Passivation n-metal lines Underfill + 1 mm Silicon p-metal lines LEDs Konnektor Christian Goßler Patrick Ruther 12

13 Mikrosystemtechnische Herausforderungen Materialübergreifend: Halbleiter, Polymere, Metalle, Si Neue Prozesse, u.a. Niedertemperatur-Bond für (Al,In)GaN Voll-Wafer-Prozess Si 3 N 4 n-gan p-gan p-metal Diff. barrier Indium Gold Passivation n-metal lines Underfill + 1 mm Silicon p-metal lines LEDs Konnektor 13

14 Das erste optische Cochlea Implantat 120 einzeln ansteuerbare Mikro-LEDs 12 mm 120 LEDs, 100 µm spacing 50µm active area I=1mA current 14