Neue Augensensoren: Verbesserung der Blickverfolgung zur Beurteilung von Hirnleistungsstörungen

Ein Ingenieurteam der University of Houston (UH) hat tragbare Sensoren entwickelt, die Augenbewegungen untersuchen, um Hirnkrankheiten oder Hirnschäden zu beurteilen.

Die Augen sind nicht nur das Fenster zur Seele. Sie sind auch eine Verlängerung des Gehirns und können Frühwarnzeichen für hirnbezogene Störungen und Informationen über deren Ursachen liefern. Viele Erkrankungen und Probleme des Gehirns zeigen sich als Augensymptome, oft bevor andere Symptome auftreten.

Und im Handumdrehen … Verbesserung

Die derzeitigen Eye-Tracking-Systeme weisen den Forschern zufolge Mängel auf und liefern nur unzureichende Datenmengen. Zudem seien die Systeme sperrig, teuer und zeigen eine schwache Leistung. Deshalb wurde im UH-Labor von Jae-Hyun Ryou, außerordentlicher Professor für Maschinenbau, mit Unterstützung von Nam-In Kim, Postdoktorand, eine neue Methode entwickelt. Diese sei, so die Wissenschaftler, nicht invasiv, bequem zu tragen und sicher. Zudem ermögliche das neue System einfache und kontinuierliche Messungen und auch die Überwachung der Bewegungen des Augapfels, wenn sie mit einem Handheld-Display und einem Computergerät kombiniert wird.

Die neuen Sensoren, so heißt es weiter, sind schlank und flexibel und bestehen aus einem sehr dünnen, kristallähnlichen Film, der Strom erzeugt, wenn er sich biegt oder bewegt. Dieses Phänomen wird als Piezoelektrizität bezeichnet und ermöglicht es bestimmten Materialien, als Reaktion auf eine mechanische Belastung eine elektrische Ladung zu erzeugen. Die Ausgangsspannungen der oberen, mittleren und unteren Sensoren an den verschiedenen Schläfenbereichen erzeugen erkennbare Spannungsmuster. „An der Haut befestigte, tragbare Sensoren zur Überwachung von Lebenszeichen und biomedizinischen Parametern sind Komponenten von großer Bedeutung für die persönliche Gesundheitsfürsorge und tragbare Diagnosesysteme“, berichtet Ryou in Advanced Healthcare Materials. „Unter ihnen bieten piezoelektrische Dünnschichtsensoren einzigartige Vorteile: eine einfache Herstellung zu niedrigen Kosten, eine große Auswahl an verfügbaren Größen, ein geringes Gewicht, eine ausgezeichnete mechanische Flexibilität und Stabilität, eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, eine hohe Empfindlichkeit, ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis sowie eine ausgezeichnete Langzeitstabilität und Haltbarkeit.“

„Die neuen Sensoren sind leicht zu tragen und können in Studien über die Beziehung zwischen Gehirn und Augen verwendet werden, um die funktionelle Integrität des Gehirns zu bewerten“, erklärt Ryou weiter.

Intensive Konzentration auf die Krankheit

Ophthalmologische Untersuchungen des Augenblinzelns werden für die Frühdiagnose von Krankheiten wie Schlaganfall, Multiple Sklerose, Parkinson und Alzheimer eingesetzt. Denn Augenbewegungen stehen in engem Zusammenhang mit verschiedenen Hirnleistungsstörungen, da die Kontrolle des Augapfels und der Oberlider durch die Hirnfunktion beeinflusst wird.

In früheren Studien wurde bei Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung eine abweichende Blinzelrate und Blinzelmodulation gemessen, wobei das spontane Blinzeln ein Maß für die Integrität des dopaminergen Systems im Gehirn ist. Motorische Neuronen im Gehirn, die mit den Augen und ihren Muskeln in Verbindung stehen, wurden auch mit Autismus in Verbindung gebracht. 

„Wir glauben, dass die F-PEMSA in vielen klinischen Studien zu Hirnleistungsstörungen wie ADHS, Autismus, Alzheimer und Parkinson sowie zu den Folgen traumatischer Hirnverletzungen wie dem Post-Concussion-Syndrom und der posttraumatischen Belastungsstörung eingesetzt werden kann, was die Aussicht auf frühzeitige und genaue Diagnosen und die Entwicklung personalisierter Therapien eröffnen könnte“, fügt Ryou abschließend hinzu.