TUM Forschungsallianz für Neurotechnologie
Forschung
Die Allianz untersucht neuronale Signale, entwickelt Schnittstellen zwischen Nervensystem und Technik und überführt tragfähige Ansätze in klinisch-translationale Programme.
Vier eng verzahnte Achsen strukturieren diese Arbeit
1 - Sensomotorische Rehabilitation
Neuronale Schnittstellen und geschlossene Regelkreise zur Unterstützung oder Wiederherstellung von Bewegungsfunktionen.
Kortikale Signale werden mit technischen Assistenzsystemen und Neuroprothesen verbunden, perspektivisch auch mit Rückenmarksstimulation. Untersucht werden Anwendungen bei traumatischer Querschnittlähmung, nach Schlaganfall und bei weiteren schweren motorischen Einschränkungen.
Die Projekte kombinieren intrakortikale Ableitung, KI-gestützte Dekodierung und elektrophysiologische Verfahren mit klinisch definierten Rehabilitationszielen. Langfristig sollen geschlossene Systeme entstehen, die eine Bewegungsabsicht erkennen und unmittelbar in gezielte Stimulation oder assistive Bewegung übersetzen.
Schwerpunkte
Die Achse umfasst intrakortikale BCIs für motorische Funktionen, Brain-Spine-Interfaces und Rückenmarksstimulation. Ergänzend werden hochaufgelöste EMG- und Motoneuron-Dekodierung, Closed-Loop-Architekturen sowie die klinische Evaluation im Rehabilitationsverlauf bearbeitet.
2 - Kommunikation und Kognition
Wie werden kommunikative und höhere kognitive Funktionen im menschlichen Gehirn repräsentiert und wie lassen sich neuronale Signale für assistive Anwendungen nutzen?
Die Achse arbeitet mit invasiver Humanneurophysiologie, hochaufgelösten Mikroelektrodenableitungen und patientenspezifischer Dekodierung. Sie reicht damit von der Analyse einzelner Nervenzellen und neuronaler Populationen bis zu Brain-Computer-Interfaces für Menschen, deren Kommunikationsfähigkeit schwer beeinträchtigt ist.
Klinisch steht der Sprachverlust nach Schlaganfall im Vordergrund. Grundlagenwissenschaftliche Projekte untersuchen parallel dazu höhere kognitive Funktionen und erarbeiten damit die Methodik für BCI-Anwendungen, die über eine einfache motorische Steuerung hinausreichen.
Schwerpunkte
Gearbeitet wird an akuten und chronischen intrakortikalen Ableitungen, an Einzelzell- und Populationsanalysen sowie an der Dekodierung von Sprache und Kommunikation. Hinzu kommen die Repräsentation höherer kognitiver Funktionen, patientenspezifische BCI-Modelle und die funktionelle Kartierung für die präoperative Zielplanung.
Zugeordnete Projekte: BCI-Kommunikation, Akutimplantationsplattform, RHETORICAL, MEMCIRCUIT, DFG Vocal Communication, Prefrontal Flexibility
3 - Robotische Assistenz und Neuroprothetik
Körpernahe robotische Systeme und Neuroprothesen für Menschen mit neurologisch bedingten Bewegungsstörungen.
Die ingenieurwissenschaftliche Arbeit verbindet biomechanische Modelle, Sensorik und Regelungstechnik mit nachgiebiger Aktorik und sensomotorischer Mensch-Roboter-Interaktion. Bearbeitet werden Soft Exosuits für die untere Extremität, aktive Orthesen, Handneuroprothetik und virtuelle Embodiment-Paradigmen.
Die Systeme sollen sich möglichst unauffällig in Bewegung und Alltag der Nutzerinnen und Nutzer einfügen. Klinische Prüfung und individuelle Anpassung gehören deshalb von Beginn an zur Entwicklung.
Schwerpunkte
Dazu gehören Soft Wearable Robotics und Exosuits, aktive Orthesen und Handneuroprothetik. Die Dekodierung von Greif- und Manipulationsbewegungen, myoelektrische Steuerung und virtuelle Realität für Embodiment-Studien ergänzen dieses Feld.
Zugeordnete Projekte: Soft Wearable Robotics, Hand-Neuroprothetik, AID 2.0, nTMS-VR-Embodiment
4 - Ethik und Governance für Daten und KI
Methodische, technische, ethische und regulatorische Grundlagen für alle Forschungs- und Entwicklungsprogramme.
Neuronale Schnittstellen erzeugen hochdimensionale und besonders sensible Daten, und sie müssen sich in Echtzeit an einzelne Nutzerinnen und Nutzer anpassen. Daraus ergibt sich der Bedarf an patientenspezifischen Dekodierungsverfahren, an energieeffizienter neuromorpher Hardware und an einer dafür ausgelegten Daten- und Recheninfrastruktur.
Neuroethik, Datenschutz, Neurorechte, klinische Studienplanung und Medizinprodukterecht werden von der ersten Projektskizze an mitgedacht. Governance gehört damit zur Forschungsarchitektur selbst.
Schwerpunkte
Bearbeitet werden maschinelles Lernen für Neurodaten, neuromorphe Signalverarbeitung und Hardware sowie Echtzeit- und Edge-Dekodierung. Auf der regulatorischen Seite stehen Dateninfrastruktur und Datenschutz, Neuroethik und Neurorechte sowie die Planung klinischer Studien.
Zugeordnete Projekte: Neuromorphe KI (AID 2.0), Patientenspezifische Dekodierung, Governance-Rahmen
Gemeinsame translationale Plattform
Wir beginnen im neurochirurgischen Operationssaal des TUM Klinikums – dort, wo die klinische Realität zur Grundlage wissenschaftlicher Entdeckungen wird.
Von dort aus bringt die Allianz Disziplinen zusammen, die bislang nur selten in dieser Form miteinander verknüpft wurden: Neurochirurgie, Neurowissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Robotik, künstliche Intelligenz und Neuroethik.
Durch die Integration klinischer Bedürfnisse, wissenschaftlicher Messverfahren und technologischer Entwicklung unter realen Bedingungen wollen wir einen nahtlosen Übergang von klinischen Erkenntnissen zu Innovationen ermöglichen.