Sehprothesen können blinde Menschen dabei unterstützen, wieder visuelle Eindrücke zu gewinnen. Ein zentrales Problem bleibt jedoch: Häufig werden neben den Zielzellen auch vorbeiziehende Nervenfasern mitangeregt. Das führt zu verzerrten, streifenartigen Wahrnehmungen und begrenzt die Schärfe künstlichen Sehens. Dieses Projekt erforscht eine neue Strategie, um das zu vermeiden: extrem kurze elektrische Impulse von etwa 10 Mikrosekunden. Erste Arbeiten zeigen, dass solche Kurzpulse verlässlich Signale auslösen und die Reizschwelle in Nervenfasern stärker anheben als im Zellkörper. Dadurch entsteht ein Fenster für präzisere, punktgenaue Stimulation des Zellkörpers, ohne die Faser mitanzuregen.

 

Elektrostimulation einer einzelnen retinalen Ganglienzelle am Zellkörper und am Axon.

© Adaptiert von Paul Werginz 2026 | aus 2025, IEEE TNSRE

Um diese Wirkung weiter zu erhöhen, verbinden wir Experimente an der Mausnetzhaut mit Computersimulationen. Ziel ist eine Elektrodenanordnung, die ein möglichst senkrechtes elektrisches Feld durch den Zellkörper erzeugt. Nach unseren bisherigen Ergebnissen ist genau dieser Feldverlauf entscheidend für die selektive Aktivierung des Zellkörpers. Parallel dazu untersuchen wir Elektrodenpositionen, die den Strom gezielt durch die Netzhaut leiten. Das soll die Fokussierung verbessern und zugleich die nötige Stromstärke senken, um die Übertragbarkeit in Implantate zu erleichtern.

Im Arbeitsprogramm charakterisieren wir die Ansprechschwelle verschiedener Zelltypen, testen Impulsfolgen bis 300 Pulsen pro Sekunde und kartieren, wie empfindlich einzelne Zellen auf die genaue Elektrodenposition reagieren. Simulationsmodelle leiten die Gestaltung praktikabler Elektrodenlayouts an, die im Labor überprüft werden, damit ein schneller Kreislauf aus Vorhersage und Test entsteht. Die Arbeiten finden an der TU Wien statt; ein internationaler Partner liefert bei Bedarf spezielle Mikroelektroden und unterstützt das Elektrodendesign.

Die zu erwartende Erkenntnisse dieses Projekts sind nicht spezifisch für retinale Ganglienzellen, da alle Nervenzellen dem gleichen Alles-oder-Nichts Prinzip folgen. Deshalb haben die generierten Resultate sowohl einen weitreichenden Einfluss auf die Neurorehabilitation im Allgemeinen als auch auf die detaillierten Vorgänge der neuronalen Signalerzeugung und -weiterleitung.