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Projekt
Neuromorphes System zur Vorhersage von epileptischen Anfällen
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537857806
Epilepsie ist eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen mit wiederkehrenden Anfällen als Hauptsymptom, bei denen es in der Regel zu übermäßiger abnormer elektrischer Aktivität im Gehirn kommt, die z.B. Streckungen der Muskulatur, Zuckungen der Extremitäten, vollständigen oder teilweisen Bewusstseinsverlust hervorruft. Diese Anfälle haben in vielen Fällen schwerwiegende Auswirkungen auf die Lebensqualität der Patienten und können zu unfallbedingten Verletzungen und sogar zum Tod führen. Eine langfristige Risikovorhersage und eine kurzfristige Warnung vor drohenden Anfällen kann Patienten Zeit geben, eine sicherere Körperhaltung einzunehmen oder gezielt Medikamente zur Anfallskontrolle einzunehmen. Darüber hinaus kann der Schweregrad der Krankheit und die Wirksamkeit verschiedener Therapien bestimmt werden, um die Wahl therapeutischer Optionen zu erleichtern. Ein automatisiertes und personalisiertes Implantat zur Überwachung der Epilepsieaktivität außerhalb des Krankenhauses kann die Lebensqualität der Patienten verbessern und den Druck auf das Gesundheitssystem verringern. Vorhandene zahlreiche, durch einen hohen Energieumsatz gekennzeichnete Systeme zur Anfallsdetektion erlauben nur begrenzte Interventionen. Dies ist bedingt durch deren Aufbau über Standard-Elektronik und dem Einsatz cloudbasierter komplexer KI-Modelle, die in dieser datenintensiven Form nicht anpassungsfähig an die sich ändernde Anfallsdynamik sind und sich daher als ungeeignet für einen ständigen Einsatz innerhalb einer personalisierten Medizin erweisen. Mit diesem Projekt wollen wir das Leben von Epilepsiepatienten durch den Einsatz modernster eingebetteter neuromorpher Hardware verändern. Das vorgeschlagene NESPreS-System ist so konzipiert, dass es sowohl eine langfristige Vorhersage des Anfallsrisikos als auch eine kurzfristige Warnung vor Anfallsbeginn ermöglicht. Seine Design-Philosophie zielt auf eine langfristige Anwendung neuronaler Spiking-Netzwerke ab, die über neuromorphe Technologie implementiert werden. Die damit ermöglichte robuste, andauernd eingesetzte Echtzeitvorhersage von Anfällen dieses intelligenten, tragbaren Systems, werden einen Quantensprung in der personalisierten Gesundheit und der biomedizinischen Instrumentierung darstellen. Die wichtigste Neuerung des Vorschlags liegt in der gemeinsamen Entwicklung von Hardware- und Softwarekomponenten des Systems, das in klinischen Studien eingesetzt und validiert werden soll. Mit NESPreS soll die physische, psychologische und soziale Belastung durch Epilepsie erheblich, über eine neue Technologie verringert werden, die Patienten eine kontinuierliche, zuverlässige Überwachung und Unterstützung bietet. Durch die Verwendung einer integrierten Mixed-Signal-Hirn-auf-Chip-Hardware kann der allgemeine Rahmen des Projekts außerdem eine Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von ständig verfügbaren Edge-Computing-Sensoren für ein breites Spektrum biomedizinischer Signalverarbeitungsplattformen bilden.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Schweiz
Partnerorganisation
Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner
Dr. Elisa Donati; Professor Giacomo Indiveri; Professor Dr. Johannes Sarnthein
