„Der Einstieg in die Neuro-Elektronik ist jetzt vollzogen. Nervenzellen können mit Halbleiter-Chips kommunizieren”, meldete vor kurzem voller Stolz die Max-Planck-Gesellschaft – und präsentierte ein unscharfes Bild von einer Zelle auf einem Transistor. Der Betrachter stutzte: Hatten nicht schon vor Jahren diverse Forscher Nerven an Chips gekoppelt? Bereits im Oktober 1992 berichtete bild der wissenschaft von Nervenzellen, die auf Mikroelektroden wuchsen und als Schadstoffsensoren dienen sollten. Im September 1995 hieß gar ein bdw-Titelthema „ Elektronische Sinne für den Menschen”. Darin ging es um die vielfältigen Experimente, Nerven mit elektronischen Schaltkreisen zu verbinden, damit Gelähmte in Zukunft wieder gehen und Taube wieder hören können. Und in dieser Ausgabe berichtet bild der wissenschaft ab Seite 94 über den Stand der Forschung bei Netzhaut-Implantaten für Blinde. War das alles etwa keine Kommunikation Chip-Nervenzelle? „Tatsächlich bestehen in der Öffentlichkeit falsche Vorstellungen über den Stand der Forschung. Auch manche Kollegen trennen nicht sauber zwischen Science-Fiction und Fakten”, meint Prof. Peter Fromherz vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie in Martinsried bei München. Mit Dr. Günther Zeck hat er die jetzt veröffentlichten Experimente ausgeführt. Das Besondere an den Ergebnissen der MPI-Forscher: Ihnen gelang es zum ersten Mal, ein Signal auf eine bio-elektronische Rundreise zu schicken. Ein Transistor reizte eine Nervenzelle. Die gab den Impuls an eine zweite Nervenzelle weiter – und die wiederum schickte das Signal zurück an den Ausgangstransistor.
Bisher waren stets nur einfachere Interaktionen möglich: 1991 gelang es zum ersten Mal, die Aktivität einer Nervenzelle mit einem Halbleiter zu messen – dem Material, aus dem Computerchips bestehen. Davor war dies nur mit Metallelektroden möglich. Erst 1995 folgte der nächste Schritt: Ein Halbleiter-Chip gab ein Signal an eine Nervenzelle weiter. Danach dauerte es aber mehr als fünf Jahre, bis eine Nervenzelle einem Chip auch eine Antwort zurückschicken konnte. „Dazu war viel Detailforschung nötig”, sagt Fromherz. „Wir mussten neue Zellkultursysteme mit Schneckennervenzellen entwickeln und genau klären, was an den Kontaktstellen zwischen Halbleiter und Zelle passiert.” Bei den heute machbaren medizinischen Anwendungen sind solche Feinheiten noch nicht üblich: „Bei den Cochlear-Implantaten für Taube werden mehrere Millimeter große Systeme ins Innenohr eingesetzt, die das ganze Gewebe reizen – keine einzelnen Neurone”, sagt Fromherz. „ Bei den experimentellen Netzhaut-Implantaten sind die Einsätze zwar kleiner, aber auch hier werden nur irgendwelche Nervenzellen gereizt, keine gezielt ausgewählten.” Echte Kommunikation mit Rückantworten gibt es bei keinem der bestehenden Systeme. Möglicherweise liefern die Martinsrieder Ergebnisse den biomedizinischen Forschern hilfreiche Anregungen. In jedem Fall zeigen sie, was für trivial anmutende Probleme der Kommunikation zwischen Nerven und Chips im Wege stehen können. „Anders als in der Natur verkürzen Nervenzellen ihre Fortsätze, die Axone, wenn sie in Kultur leben”, erläutert Fromherz. „Dabei entstehen enorme Kräfte, die die Zellen immer wieder von den Chips heruntergerissen haben.” Die Experimente klappten erst, als die Forscher auf den Halbleitern kleine, an Schiffspoller erinnernde Stützpfeiler montierten. An denen konnten sich die Nervenzellen festhalten.
Thomas Willke
