Die mobile Überwachung elektrophysiologischer Daten außerhalb des Labors rückt zunehmend in den Fokus für Anwendungen der Sportwissenschaften, für Gehirn-Computer-Schnittstellen, Neurofeedback oder kontinuierliches Eigenmonitoring.
In diesem Vortrag besprechen wir technologische und methodische Anforderungen sowie ausgewählte Lösungen modernster Sensoren und Signalverarbeitungsverfahren. Wir werden die Auswirkungen mobiler Aufnahmebedingungen im Lichte der Fortschritte bei der Entwicklung tragbarer Medizintechnik für die Hirnforschung für den realen, selbstanwenderbezogenen Einsatz diskutieren.

Die transkranielle Elektrostimulation (TES) ist ein leistungsfähiges Instrument zur Modulation der Hirnaktivität. Dabei halten die Wirkungen relativ lange nach Beendigung der Stimulation an. Die TES ist nicht nur eine etablierte Therapie für schwere depressive Störungen, sondern wird auch in vielen anderen klinischen Anwendungen und in der Grundlagenforschung eingesetzt. Auch die elektrische Augenstimulation (OES) birgt großes Potenzial für verschiedene Anwendungen zur Wiederherstellung des Sehvermögens. Bei TES und OES wie auch bei anderen nicht-invasiven elektrischen Stimulationstechniken ist jedoch eine erhebliche interindividuelle Reaktionsvariabilität zu beobachten.

Das Ausmaß, in dem neurophysiologische oder klinische Wirkungen nach elektrischer Stimulation variieren, hängt von vielen Variablen ab, wie z. B. von methodischen Faktoren (Art der Stimulation, Dauer und Intensität der Stimulation, Anzahl der Sitzungen), anatomischen und physiologischen Faktoren (z. B. individuelle Schädeldicke, Heterogenität der kortikalen Faltung und Variation des Gehirnzustands vor und während der Stimulation). Individuelle computergestützte Modellierung könnte diese Variabilität bis zu einem gewissen Grad durch individualisierte Protokolle und Dosierungen der angewandten Stimulation verringern.

Der Vortrag gibt einen Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der Modellierung elektrischer Felder für die nicht-invasive elektrische Stimulation, wobei der Schwerpunkt auf TES und OES liegt. Die Herausforderungen und Vorteile der individualisierten Modellierung werden anhand von Studien an gesunden Freiwilligen und Patienten aufgezeigt.

Was wie Zukunftsmusik klingt ist am Institut für Biomedizinische Technik (IBT) teilweise bereits Realität: patientenindividuelle digitale Zwillinge von biologischen Systemen, wie dem Herzen, erlauben eine datengestützte Simulation von Organen und damit individuellere und präzisere medizinische Behandlungen. In diesem Vortrag demonstrieren wir das Konzept anhand modellierter und funktionalisierter Zwillinge des menschlichen Herzens, die anhand von bildgebenden Verfahren und Sensordaten erstellt werden. Durch Simulation von möglichen operativen Eingriffen am digitalen Zwilling können die Eingriffe genauer geplant und im Umfang begrenzt werden. Ebenfalls kann die Wirksamkeit verschiedener Behandlungsmethoden oder Medikamente vorhergesagt, optimiert und der Einsatz präzisiert werden. 

Das menschliche Herz ist ein hochkomplexes Organ, welches in der Lage ist auf unzählige, sich ändernde äußere Einflüsse zu reagieren und den Herzschlag dementsprechend zu regulieren. Das autonome Nervensystem spielt hierbei eine entscheidende Rolle indem es über die Ausschüttung von Hormonen und Neurotransmittern unser Herz langsamer oder schneller schlagen lässt. Als initialer Startpunkt eines jeden, regelmäßigen Herzschlags steht auch der Sinusknoten bzw. jede Sinusknotenzelle unter starkem Einfluss des autonomen Nervensystems. In diesem Vortrag erfahren Sie alles über die Effekte des Neurotransmitters in einer Sinusknotenzelle bis hin zum höheren Herzschlag.